[发明专利]Co-MOF衍生的四氧化三钴复合二氧化钛异质结的制备方法及电解水应用

说明书

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种Co‑MOF衍生的四氧化三钴复合二氧化钛（Co₃O₄/TiO₂）异质结的制备方法：首先将清洗干净的FTO玻璃片浸入钛酸四丁酯的HCl溶液中，水热后制得负载有TiO₂的FTO片；然后将2‑甲基咪唑加入到Co(NO₃)₂·6H₂O的去离子水溶液中，搅拌均匀得Co‑MOF溶液；将负载有TiO₂的FTO片浸泡在Co‑MOF溶液中，浸泡、取出，去离子水冲洗，于300～500℃煅烧1～3h，自然冷却到室温后即得。本发明还公开了制得的Co‑MOF衍生的Co₃O₄/TiO₂异质结在电解水制氢方面的光电催化应用。Co‑MOF衍生的Co₃O₄复合在TiO₂纳米棒表面，有效地增强Co₃O₄/TiO₂异质结复合光电催化剂的载流子迁移速率，提高电子/空穴分离效率，增强催化剂对光的捕获能力，提高其光电催化性能。在环境、能源等领域有良好应用前景。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及光电催化剂的制备，尤其涉及一种Co-MOF衍生的四氧化三钴复合二氧化钛（Co₃O₄/TiO₂）异质结的制备方法及电解水应用。

背景技术

水是自然界取之不尽的自然资源，可以通过分解产生氢和氧，而氢是一种可再生、可持续和无污染的能源，具有作为未来能源的巨大潜力。水的光电化学（PEC）分解产生氢气被认为是最理想的制氢方法之一，其中半导体的选择是提高PEC性能的关键。半导体的类型很多，其中金属氧化物得到了广泛的研究。

近来，由于TiO₂在光化学电池的光电极材料中的稳定性好、电导率高等特性，引起了广泛的关注。然而，较大的带隙（金红石，3.0 eV）导致TiO₂的光响应性能较弱。因此，太阳光谱不能用于有效地产生光电流，导致太阳能转换效率低。为了解决这个问题，人们做出了无数的努力来探索和提高TiO₂的光吸收能力。TiO₂光电极和金属氧化物的组合被认为是提高光电效率和PEC性能的有效策略。如Rui等人发现TiO₂和ZnO的组合可以显著提高TiO₂的光电性能。Co₃O₄是带隙为2.07 eV的典型的过渡金属氧化物，来源丰富且具有独特的光学和催化特性，被作为一种与TiO₂纳米结构复合的候选材料。

以金属有机骨架（MOF）为前驱体设计不同的金属氧化物，热解后可获得更多的反应中心。如Sun等人发现将Co、N掺杂的多孔碳多面体（Ni₂P/CoN-PCP）纳米颗粒固定在MOF衍生的材料上。MOF衍生的多孔结构不仅具有更大的比表面积，还暴露出更多的活性位点，在氧还原、氧释放和氢释放的反应中表现出优异的催化性能。

迄今为止，未见公开以Co-MOF为前驱体，通过静电吸附法制备Co₃O₄/TiO₂复合材料。

发明内容

为了解决TiO₂半导体材料电子空穴容易复合、仅能对紫外光响应，界面反应动力学缓慢的问题，本发明公开一种Co-MOF衍生的Co₃O₄/TiO₂异质结光电催化剂的制备方法。

技术方案：