[发明专利]一种基于光敏性金属-有机配位纳米笼与二氧化钛的杂化材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于光敏性金属‑有机配位纳米笼与二氧化钛的杂化材料及其制备方法和应用。这种基于光敏性金属‑有机配位纳米笼与二氧化钛的杂化材料，包括光敏性金属‑有机配位纳米笼和二氧化钛。同时也公开了这种基于光敏性金属‑有机配位纳米笼与二氧化钛的杂化材料的制备方法，以及这种杂化材料在光催化中的应用。本发明的光敏性金属‑有机配位纳米笼与二氧化钛制成的有机‑无机杂化材料具有分级多孔的结构，能提高气体的自由扩散及CO₂表面吸附，增加反应物吸附量和活化程度，还可降低电子‑空穴对的复合几率，有效提升了光催化效率。

技术领域

本发明涉及一种基于光敏性金属-有机配位纳米笼与二氧化钛的杂化材料及其制备方法和应用。

背景技术

由于当今社会的能源危机及环境污染问题，人们对新的清洁高效能源的需求日益迫切。太阳能由于其所具有的绿色高效、丰富可再生等优点引起了人们的广泛重视。而将太阳能转化成化学能加以利用，也成为了人们研究的重点。光催化水分解产生氢气和氧气，或产生氢气的同时将水中的氧转移用来氧化有机底物成为研究热点。利用光催化还原二氧化碳气体产生一氧化碳或其他有机小分子，既解决了二氧化碳的污染问题，又获得了小分子能源物质，同样有着广阔的应用前景。

金属-有机配位笼具有明确的结构特点，刚性的骨架和限域的空腔，这些特征赋予其优秀的各种功能。其本身由各种各样功能化、结构化的有机配体和无机金属离子配位自组装得到。有机配体可选择有光敏能力的有机分子，使金属纳米笼具有光吸收能力，金属中心可以选择具有光氧化还原活性的金属离子，用来作为催化反应的活性位点。两者构筑的笼子可以使多个光敏基团和金属催化中心更加紧密结合，有利于分子间电子的传递。然而，目前金属-有机配位笼大多为均相催化反应，其持续产氢能力不足，光催化稳定性偏低。

TiO₂是一种来源广泛、易于制备、环保无害并且性质稳定的宽带隙半导体，在光催化还原水制氢和光催化还原CO₂方面具有重要的应用前景。但是最大的问题在于它只在紫外线下有活性，无法利用占太阳光能量中绝大部分的可见光部分，势必大大影响其催化效率。因此，人们用了许多不同的方法对TiO₂进行改性以拓宽其吸收光谱。目前常见解决方法是表面改性或者离子掺杂，然而，表面改性容易引起竞争吸附、占据活性位点等问题，离子掺杂则引入了大量的电子-空穴复合中心，导致光催化剂的催化活性和稳定性降低。

相比起传统的复合材料，杂化材料是在更微观的纳米甚至分子水平上的结合，能够带来更多的新特性和性能。将具有特定功能的有机金属纳米笼和TiO₂无机材料用适当方法在纳米甚至分子尺度上结合，则可得到一类新型的功能材料，即性能更加优异的金属-有机配位纳米笼/TiO₂杂化材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光敏性金属-有机配位纳米笼与二氧化钛的杂化材料及其制备方法和在光催化中的应用。

本发明所采取的技术方案是：

一种基于光敏性金属-有机配位纳米笼与二氧化钛的杂化材料，包括光敏性金属-有机配位纳米笼和二氧化钛，所述的光敏性金属-有机配位纳米笼的结构通式为式(Ι)、式(Ⅱ)、式(Ⅲ)中的至少一种；

式(Ι)[M₆(RuL₃)₈](X)₂₈；

式(Ⅱ)M₁₂(L)₂₄(X)₂₄；

式(Ⅲ)M₂(L)₄(X)₄；