[发明专利]基于银/金属有机骨架/氮化碳复合光催化剂的制备方法、材料结构及其应用

说明书

本发明涉及一种基于银/金属有机骨架/氮化碳复合光催化剂的制备方法、材料结构及其应用制备方法：首先利用马弗炉对三聚氰胺进行煅烧合成纯g‑C₃N₄；其次，利用均苯三甲酸、醋酸铜以及纯g‑C₃N₄，已原位生长法合成HKUST‑1/g‑C₃N₄；最后Ag/HKUST‑1/g‑C₃N₄(AHC)复合材料的制备过程。本复合材料应用于选择性吸附、分离H₂、N₂、O₂、CO₂、CH₄气体，以及选择性吸附、分离、光催化降解有机染料和酚类内分泌干扰物方面。本合成方法具有重复性强、产率高、产品性能稳定等特点。

技术领域

本发明属于可见光下催化降解水中有机污染物领域，具体地说是一种基于银 /金属有机骨架/氮化碳复合光催化剂的制备方法、材料结构及其应用。

背景技术

随着全球性环境恶化日益突出，对环境污染物的有效控制与治理已成为世界 各国所面临和亟待解决的重大课题。通过科学家的不懈努力，发现利用半导体光 催化剂降解水中有机污染物可以解决这类问题，而利用吸附性良好的纳米材料也 可以提高去除水中有机污染物的速率。为此，将吸附性能良好的纳米材料与半导 体光催化剂复合，有望成为新的高效节能的环境污染治理技术。

近年来，一种具备类石墨烯结构的碳材料氮化碳(g-C₃N₄)半导体材料在光 催化降解水中污染物的领域中被大量的研究和报道；g-C₃N₄作为一种碳基材料， 不仅具有制备原料来源广，价格便宜，制备方法简单且易于工业化等特点，而且 由于它的禁带宽度为2.7eV，能够被可见光激发，可以吸收可见光进行光催化降 解(X.Wang,K.Maeda,A.Thomas,K.Takanabe,G.Xin,J.M.Carlsson,K.Domen,Nat.Mater. 2009,8,76；S.Bai,X.Wang,X.Hu,M.Xie,J.Jiang,Y.Xiong,Chem.Commun.2014,50,6094； J.M.Hu,W.D.Cheng,S.P.Huang,D.S.Wu,Z.Xie,Appl.Phys.Lett.2006,89,261117)。然而， 单组分光催化剂的光生电子和空穴容易相互复合，这导致光催化效率严重降低， 而Ag作为一种重要的助催化剂在提高催化剂性能领域被广泛应用。通过实验发 现Ag纳米粒子修饰的g-C₃N₄电子与空穴的复合率明显降低(S.W.Hu,L.W.Yang,Y. Tian,X.L.Wei,J.W.Ding,J.X.Zhong,P.K.Chu,App.Catal.BEnviron.2015,163,611)。但是 这类光催化剂在面对污水中低浓度、毒性较大的污染物时，降解效果还有待提高。 而MOFs材料作为一类重要的多孔材料，与传统的孔材料如沸石、介孔二氧化硅 及活性炭等相比，具有可调控的孔径尺寸及可修饰的孔道表面、超低密度、超高 比表面积、不溶于常见溶剂等特点，致其具备良好的吸附性(A.Dailly,E.Poirier, EnergyEnviron.Sci.2011,4,3527；F.J.Ma,S.X.Liu,C.Y.Sun,D.D.Liang,G.J.Ren,F.Wei, Y.G.Chen,Z.M.Su,J.Am.Chem.Soc.2011,133,4178；H.K.Chae,D.Y.Siberio-Perez,J.Kim, Y.Go,M.Eddaoudi,A.J.Matzger,M.O’Keeffe,O.M.Yaghi,Nature 2004,427,523)，因此将 其与半导体光催化剂复合，可以使催化剂具备良好的吸附性，将污水中低浓度高 毒污染物吸附在半导体光催化剂表面，同时利用MOFs材料良好的传输电子能力， 可以进一步降低电子与空穴的复合率，从而提高光催化降解效率。据调研，迄今 为止，将Ag纳米粒子与HKUST-1/g-C₃N₄进行复合的材料还未见报道。

发明内容