[发明专利]一种负载金纳米粒子的二维纳米片的制备方法及应用

说明书

本发明属于多功能杂化纳米材料合成技术领域，涉及一种负载金纳米粒子的二维纳米片的制备方法及应用。本发明是通过对PPF‑3纳米片热处理以改变其表面电荷性质，随后在其上负载金纳米粒子制备不同金负载量的二维杂化纳米片Au/PPF‑3，并将其用于光催化还原CO₂。结果表明：将具有等离子共振效应的金纳米粒子负载到PPF‑3纳米片上增强了其可见光吸收能力，拓展了催化剂在可见光区的响应范围，进而提高了光催化效率。本发明的方法简便易行，反应条件温和，灵活性强，是一种优异的合成方法。

技术领域

本发明属于多功能杂化纳米材料合成技术领域，涉及一种负载金纳米粒子的二维纳米片的制备方法及应用。

背景技术

太阳光能量巨大且廉价易得，因此光催化还原CO₂是一种很有前景的CO₂转化技术。光催化还原CO₂是模仿生物光合作用的过程，其主要步骤是在光催化材料受到一定波长的光的照射下受到激发，在价带和导带产生电子-空穴对，部分电子-空穴对发生分离并迁移到催化剂表面参与氧化还原反应，其中电子与催化剂表面吸附的CO₂发生还原反应。在此过程中，催化剂的选择显得尤为重要。近年来金属有机框架材料因其多孔性质和大的比表面积，具有很强的CO₂吸附能力而被广泛应用于光催化还原CO₂。

金属有机框架(MOFs)材料是由无机金属中心(金属离子或金属簇)与桥连的有机配体通过自组装相互连接，形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料。MOFs材料具有独特的物理和化学性质，如超高的比表面积、可设计和精确控制的孔洞、对光生电子的多种传递机制、方便与染料分子连接以及可直接引入具有优异光学活性的配体和金属。作为一大类近二十年来迅速发展的微孔/介孔材料，在光催化领域引起了越来越多研究者的兴趣。由于二维纳米片表面可以提供更多活性位点，本发明选用薄卟啉桨轮框架-3(PPF-3)纳米片作为基底，通过对其热处理以及负载金纳米粒子以提高其光催化还原CO₂的性能。

本发明提供更加简单、高效的合成方法用于构筑杂化的功能纳米材料，并使用该方法合成表面负载金纳米粒子的杂化二维纳米片用于光催化CO₂的高效还原，这对于构筑新型的光催化材料提供极其有意义的借鉴作用。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种负载金纳米粒子的二维纳米片的制备方法及应用，通过对薄卟啉桨轮框架-3(PPF-3)纳米片进行热处理并在其表面负载金纳米粒子的方法合成杂化二维纳米片Au/PPF-3，并通过调节负载金纳米粒子的量以得到具有最优的光催化CO₂还原性能的光催化剂。

现有技术仅合成了PPF-3纳米片，并未对其进行进一步的杂化。

本发明的技术方案：

一种负载金纳米粒子的二维纳米片的制备方法，通过对PPF-3纳米片进行热处理以改变其表面电荷性质，然后在其表面负载金纳米粒子，得到负载金纳米粒子的二维纳米片Au/PPF-3，具体步骤如下：

步骤一：合成PPF-3纳米片

将Co(NO₃)₂·6H₂O、4,4'-联吡啶和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和乙醇的混合溶液中，得到溶液A；其中，Co(NO₃)₂·6H₂O与4,4'-联吡啶的摩尔比为3:2，Co(NO₃)₂·6H₂O与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1:4～1:5，N,N-二甲基甲酰胺与乙醇的体积比为3:1；Co(NO₃)₂·6H₂O在溶液A中的浓度为0.001～0.0025mol/L。