[发明专利]二氧化钛纳米带@MOF复合材料及其应用

说明书

本公开提供一种二氧化钛纳米带@MOF复合材料及其作为光催化材料的应用，其中该复合材料含具有壳层和内核的多孔核壳结构，内核为二氧化钛纳米带，壳层为共价键连接于所述内核表面的MOF层。该复合材料通过在经羧基修饰后的TiO₂纳米带表面原位均匀生长共价键连接的金属有机骨架材料，有效增强了二氧化钛纳米带和MOF材料之间的电子传输能力；此外，壳层MOF材料还具有优异的可见光吸收能力，增加了复合材料对可见光的响应能力，作为光催化材料具有良好的应用前景。

技术领域

本公开涉及复合材料技术领域，具体涉及一种二氧化钛纳米带@MOF复合材料及其应用。

背景技术

具有一维结构的二氧化钛(TiO₂)纳米带，既可以保持稳定的氧化还原特性，又可以克服粉体材料在应用上的不足，一直是能源转换领域的研究热点。但二氧化钛材料本身比表面积较小，具有较宽的禁带宽度，暴露的表面又多为稳定的低能面，导致其光催化性能远低于理论预期。

近年来，为了克服以上缺陷，研究人员对二氧化钛纳米材料尝试了不同方法以期提高其光催化活性，其中比较高效的改性方法是利用金属有机骨架材料(MOF)在光激发电子传导和孔道结构上优势弥补TiO₂的不足，构筑新型的TiO₂@MOF异质结。例如CamillePetit课题组利用Zr基MOF与二氧化钛成功设计出一种新型异质结光催化剂，在光还原二氧化碳的反应中表现了优异的性能；Zhang Yaqian课题组构筑了一类MIL-101(Fe)@TiO₂复合光催化剂，MOF和TiO₂的协同作用促进了光降解四环素的反应速率。

然而，目前大多数的相关报道都是利用TiO₂纳米球和TiO₂纳米片与MOF构筑异质结，且MOF多为单金属的MOF，TiO₂和MOF之间的结合方式多为电子传输能力有限的静电力或范德华力，而关于构筑微观形貌均匀、壳层厚度可控、共价键连接的TiO₂纳米带@双金属MOF复合材料的方法鲜有报道。

需注意的是，前述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种二氧化钛纳米带@MOF复合材料及其作为光催化材料的应用，以解决现有二氧化钛纳米带@MOF复合材料电子传输能力有限、光催化活性低等问题。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开提供一种二氧化钛纳米带@MOF复合材料，复合材料含具有壳层和内核的多孔核壳结构，内核为羧基修饰的二氧化钛纳米带，壳层为共价键连接于内核表面的MOF层。

根据本公开的一个实施方式，MOF为双金属MOF。

根据本公开的一个实施方式，双金属MOF含有第一金属元素和第二金属元素，第一金属元素和第二金属元素各自独立地选自铁、钴、镍、锌、锆和铜中的一种。

根据本公开的一个实施方式，第一金属元素和第二金属元素的摩尔比为1:(1～4)。

根据本公开的一个实施方式，以质量百分比计，二氧化钛纳米带占复合材料的15％～45％。

根据本公开的一个实施方式，壳层厚度为50nm～100nm。

根据本公开的一个实施方式，二氧化钛纳米带的长度为0.2um～10um，宽度为200nm～500nm，高度为20nm～50nm。

根据本公开的一个实施方式，壳层的孔径为2nm～20nm。

本公开还提供上述二氧化钛纳米带@MOF复合材料作为光催化材料的应用。