[发明专利]金属有机骨架衍生材料-三维网状碳基复合光催化剂及其制备方法、用途

说明书

本发明涉及新材料技术领域，尤其涉及金属有机骨架衍生材料‑三维网状碳基复合光催化剂及其制备方法、用途。该制备方法包括：制备包覆有连接剂的海绵材料：将海绵浸渍在连接剂溶液中，使海绵包覆有连接剂；连接剂选自氧化石墨烯、聚胺酯、聚丙烯酸、聚醚酰亚胺、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮或海藻酸钠；制备负载有金属有机骨架的海绵材料：将包覆有连接剂的海绵材料干燥后浸渍在金属有机骨架溶液中，使金属有机骨架负载在连接剂上；热解负载有金属有机骨架的海绵材料，得到金属有机骨架衍生材料‑三维网状碳基复合光催化剂。该复合光催化剂可有效光降解有机污染物及光解水制氢，具有可控制体积大小的特点，且便于回收利用、不会造成二次污染。

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，尤其涉及一种金属有机骨架衍生材料-三维网状碳基复合光催化剂及其制备方法、用途。

背景技术

金属有机骨架(Metal-Organic Frameworks，MOFs)，是一种新颖的有机-无机杂化的介孔晶体材料，它是由金属离子或者多核簇通过有机配位而形成的骨架结构。因MOFs材料具有大的比表面积、孔隙率和官能团可调制等特点，结构多样，性能多样，使得该材料在催化反应、储能和传感等领域有着巨大的应用价值。由MOFs衍生的半导体催化剂材料，可保持原来MOFs材料模版的结构和形态特征，在光催化处理有机废水及光解水制氢领域极具应用前景。通常，MOFs及其衍生材料是微米或纳米级的粉体，将其投放到目标污水或产氢溶液中，分散性不佳，或者分散均匀后仍容易沉底，从而导致光催化剂效果不佳，且粉体材料的投放会存在不易回收和二次利用及后置处理，影响MOFs材料在实际污水处理和光催化制氢过程中的推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属有机骨架衍生材料-三维网状碳基复合光催化剂及其制备方法、用途，以解决现有技术中MOFs衍生半导体材料光催化效果不佳、使用后回收利用困难、实用性差等问题。

第一个方面，本发明提供一种金属有机骨架衍生材料-三维网状碳基复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

制备包覆有连接剂的海绵材料：将海绵浸渍在连接剂溶液中，使所述海绵包覆有所述连接剂；其中，所述连接剂选自氧化石墨烯、聚胺酯、聚丙烯酸、聚醚酰亚胺、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮或海藻酸钠；所述海绵为具有三维网络结构的海绵；

制备负载有金属有机骨架的海绵材料：将所述包覆有连接剂的海绵材料干燥后浸渍在金属有机骨架溶液中，使所述金属有机骨架负载于所述连接剂上；

热解：热解所述包覆有金属有机骨架的海绵材料，得到所述金属有机骨架衍生材料-三维网状碳基复合光催化剂。

进一步地，在所述制备负载有金属有机骨架的海绵材料的步骤中，所述金属有机骨架选自ZIF系列材料、MIL系列材料、IRMOF系列材料、CPL系列材料、PCN系列材料、UiO系列材料中的一种或几种的混合材料。

优选地，所述金属有机骨架选自ZIF-67、ZIF-8或MIL-88B。

可以理解的是，在本发明中，ZIF-67、ZIF-8、MIL-88B等金属有机骨架均为常见金属有机骨架，可采用现有技术中的方法制备得到，例如采用蒸发溶剂法、水热或溶剂热法等常规方法得到，故不再进一步赘述。

可选地，所述海绵采用三聚氰胺海绵或聚氨酯海绵。

优选地，所述海绵为三聚氰胺海绵。

优选地，所述连接剂为氧化石墨烯。

进一步地，在所述制备包覆有连接剂的海绵材料的步骤中，所述氧化石墨稀溶液的浓度为0.5-3g/L。

其中，所述氧化石墨稀溶液的浓度为0.5-3g/L包括了该浓度范围内的任一点值，例如所述氧化石墨稀溶液的浓度为0.5g/L、1g/L、1.2g/L、1.5g/L、2g/L、2.5g/L或3g/L。