[发明专利]一种铋基金属有机框架材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种铋基金属有机框架材料及其制备方法和应用，属于金属有机框架材料制备和光催化技术领域。本发明提供的铋基金属有机框架材料(即Bi‑MBA)的制备方法简单，具有反应条件温和、成本低、产率高等优点；同时制备的Bi‑MBA单晶属于正交空间群Cmcm，结构特征是Bi₂S₄长链；且Bi‑MBA的光生电子‑空穴能够有效分离；其电子结构特点是有机配体主要占据导带，使得它的导带电位达到了‑1.38eV；因此，所述Bi‑MBA表现出良好的光催化还原性能，包括还原O₂、Cr(VI)以及CO₂，并且反应条件都是在室温。因此具有良好的实际应用之价值。

技术领域

本发明属于金属有机框架材料制备和光催化技术领域，具体涉及一种铋基金属有机框架材料及其制备方法和应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

近年来，化石能源(煤，石油和天然气等)无休止消耗引起的能源短缺和环境问题受到了全世界的密切关注。如今解决上述问题最有效方法是寻找替代化石燃料的理想能源。丰富而清洁的太阳能使其成为最佳候选者之一，太阳能的转换和利用已成为近年来的热门话题。1972年，藤岛昭首次发现TiO₂单晶电极光催化分解水这一现象，从而揭示了利用太阳能直接分解水的可能性，开辟了光催化领域的研究道路。

金属有机骨架(MOFs)是一种有序的多孔固体材料，由金属中心和有机配体组成。除了具有大比表面积、高孔隙率、结构功能可调等特点外，MOFs作为一种半导体，在光照射下能够进行氧化和还原反应，越来越受到人们的关注。许多铋(Bi)基的化合物被证明是有效的光催化剂，如Bi₂O₃，Bi₂S₃,Bi₂O₂CO₃,BiVO₄,Bi₂WO₆,BiOIO₃和BiOX(X＝Cl,Br，I)。然而，尽管含氧空位的BiOBr能够将N₂还原成NH₃，Bi基光催化剂很少报道直接驱动还原反应，如还原CO₂和产氢。主要原因是Bi基半导体的正导带电位。为了使导带电位更负，第一种也是最常用的方式是通过量子限制效应来减小粒子的尺寸。最近，据报道有两种Bi基MOFs能够进行光催化产氢反应，这表明Bi与有机配体的结合可能是一种有效的提升Bi基材料导带电位的方法。

发明人发现，已经报道的Bi基MOFs主要在有机配体中含有羧酸基团，而羧酸基团一般被认为不利于电子转移，导致相关MOFs的电子电导率较差。此外，这些报道的MOFs的光吸收主要依赖于有机配体的偶联。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明提供一种铋基金属有机框架材料及其制备方法和应用，其以三苯基铋为Bi源，以4-巯基苯甲酸为有机配体，设计并合成一种新型Bi基MOFs(命名为Bi-MBA)，经试验验证，其具有良好的光催化还原性能，因此具有良好的实际应用之价值。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的第一个方面，提供一种铋基金属有机框架材料的制备方法，所述制备方法包括以三苯基铋为Bi源，以4-巯基苯甲酸为有机配体，采用一步缩合法即得。其中，通过加入苯甲酸作为调节剂以获得高质量单晶。

本发明的第二个方面，提供上述制备方法获得的铋基金属有机框架材料。

本发明的第三个方面，提供上述铋基金属有机框架材料在光催化还原中的应用。

本发明的第四个方面，提供一种光催化剂，所述光催化剂包括上述铋基金属有机框架材料。