[发明专利]一种溶剂热法合成的MOF衍生物半导体异质结材料的方法

说明书

本发明公开了一种溶剂热法合成的MOF衍生物半导体异质结材料的方法，属于催化剂材料领域。具体是取溶于有机溶剂的可溶性配体有机物与钛酸四正丁酯的混合反应体系进行水热晶化，获得的产品洗涤干燥后在空气中进行连续的2步法煅烧，将煅烧结束后的产品与金属化合物溶于合有醇类溶剂的碱性溶液中，水热晶化一段时间，并洗涤多次，最后将所述固形物烘干，获得目标产物。采用本发明得到的MOF衍生物半导体异质结材料产品化学稳定性高且光催化性能优异，其制备方法具有工艺流程简单、成本低廉、产品产量高的特点。

所属技术领域

本发明属于催化剂材料领域，涉及一种新型催化材料的制备方法，具体地说涉及一种溶剂热法合成的MOF衍生物半导体异质结材料的制备方法。

背景技术

金属有机骨架(MOFs)，又称多孔配位聚合物(PCPs)，是由二级结构单元(SBU)、金属阳离子盐或簇、多齿有机配体配位型连接合成的具有无限晶格的二维或三维多孔晶体材料。由于其金属中心、高度有序的多孔结构、均匀的孔径和环境、极高的比表面积和功能性有机连接基团、可剪裁性以及超高比表面积等优异特性，MOF是极好的催化剂模板。近年来MOFs衍生物在诸多研究领域呈现出潜在的应用前景，尤其是深度研发其催化应用已成为当今的研究热点。^[1]

从光解水反应的历程中，在光催化剂的存在下，光催化分解水包括四个主要阶段：(1)光的捕获，(2)光催化剂吸收光子产生电子-空穴对，(3)光生电荷的分离和迁移，(4)表面化学反应。针对光生电荷的分离和迁移过程，设计异质结构是增强光生电荷的迁移距离和寿命的主要途径，从而获得最佳的光催化效率。^[2]目前，半导体异质结材料的合成报道有很多，Subha N等^[3]采用异丙醇钛水解和硝酸锶分别作为钛源和锶源水热合成了SrTiO3/TiO2异质结材料，这种方法将混合液加热晶化得到的产品氧化钛晶型为金红石，形貌不规整，孔隙较少，导致该产物的催化性能受到限制。同时，XW Lou等^[4]制备过程中通过后退火工艺将Ti-Fe-O纳米颗粒转变为异质结构的Fe2TiO5/TiO2，此方式得到的异质结构无法保证活性位点的均匀分布以至于影响后续的光催化反应。R Li等^[5]利用TiO2纳米管作为模板和反应物，通过原位水热法制备了BaTiO3/TiO2异质结构纳米管阵列，但TiO2纳米管的制备条件苛刻，对实验设备要求苛刻，在一般实验室条件下难以实现。到目前为止，通过溶剂热法以Ti-MOF来制备半导体异质结材料还未见报道。

[1]Wang Q,Astruc D.State of the Art and Prospects in Metal–OrganicFramework(MOF)-Based and MOF-Derived Nanocatalysis[J].Chemical Reviews,2019.

[2]Zhang L J,Li S,Liu B K,et al.Highly Efficient CdS/WO3Photocatalysts:Z-Scheme Photocatalytic Mechanism for Their EnhancedPhotocatalytic H2Evolution under Visible Light[J].Acs Catalysis,2014,4(10):3724-3729.

[3]Subha N,Mahalakshmi M,Myilsamy M,et al.Influence of synthesisconditions on the photocatalytic activity of mesoporous Ni doped SrTiO3/TiO2heterostructure for H2 production under solar light irradiation[J].Colloidsand Surfaces A:Physicochemical and Engineering Aspects,2017,522:193-206.