[发明专利]金属基底上原位生长MOF的催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种金属基底上原位生长MOF的催化剂，该催化剂中金属基底产生的离子与MOF配位，使MOF材料负载在金属基底上。该催化剂的制备方法，包括如下步骤：S1、将金属源分散在DMF中搅拌均匀，再加入配体，继续搅拌均匀；S2、在搅拌均匀的混合液中加入预处理后的金属基底，然后置于微波反应釜中进行微波合成反应，反应结束并冷却至室温后，取出MOF和金属基底复合材料，洗涤干燥后，得到催化剂。本发明利用微波对含有MOF金属源和有机配体的溶液进行快速均匀加热，在酸的调控下，制备得到了金属基底上原位生长的MOF金属基底材料，该复合材料可以充当光阳极的光电催化电极材料，实现在可见光条件下进行光电催化去除NO_X。

技术领域

本发明属于光催化剂技术领域，涉及一种金属基底上原位生长MOF的催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着工业的发展，进行了大量的化石燃料的燃烧，氮氧化物(NO_X)、二氧化碳、二氧化硫等气体污染物的排放急剧增加给环境和人类健康带来了巨大的危害，造成酸雨、光化学烟雾、温室效应，并且给人体健康带来呼吸道疾病、肺水肿、癌症等疾病。光催化技术是最近几十年来新兴起来的一种技术，可以用于污染物的去除、二氧化碳还原、光催化产氢、有机合成等多个领域。且光催化技术有着其独特的优点：反应条件温和、常温反应，无二次污染等。但是光催化目前面临的问题是：光生电子和空穴分离困难并且易于复合。通过将电场引入光催化体系中，可以在外加偏压的作用下提高光生载流子的分离效率。

目前，光电催化去除NO_X主要是利用紫外光(UV)，但只有不到5％的太阳光能被具有UV活性的光催化剂利用，因此为了提高太阳光的利用率，需要开发在可见光激发下的光电催化电极材料。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术所存在的不足(光催化存在光生载流子分离困难、易复合等问题)和市场需求(大气污染问题严峻)，提供了一种简单易行、成本低廉的在金属基底上原位生长MOF的催化剂及其制备方法和应用。

本发明利用微波对含有MOF金属源和有机配体的溶液进行快速均匀加热，在酸的调控下，制备得到了金属基底上原位生长的MOF金属基底材料，该复合材料可以充当光阳极的光电催化电极材料，实现在可见光条件下进行光电催化去除NO_X。其中，金属有机骨架(MOF)是一类由金属团簇和机配体配位的形成的多孔材料。MOF材料具有有序可调的介孔结构和大的比表面积，有利于吸附空气中低浓度NO_X。并且，MOF材料的电子结构可调性可使得MOF材料能够产生好的可见光吸收。利用微波合成具有绿色环保、反应速度快、重现性好等优点。因此，本发明将MOF材料原位生长在导电金属基底上得到一种催化性能稳定、优异的光阳极材料，可以用于光电催化去除污染物，针对低浓度的污染物也具有非常优异的去除效果。

本发明的目的之一是提供一种金属基底上原位生长MOF的催化剂，所采用的技术方案为：

一种金属基底上原位生长MOF的催化剂，该催化剂中金属基底产生的离子与MOF配位，使MOF材料生长在金属基底上。

本发明的目的之二是提供上述催化剂的制备方法，包括如下步骤：

S1、将金属源分散在DMF中搅拌均匀，再加入配体，继续搅拌均匀；

S2、在搅拌均匀的混合液中加入预处理后的金属基底，然后置于微波反应釜中进行微波合成反应，反应结束并冷却至室温后，取出MOF和金属基底复合材料，洗涤干燥后，得到催化剂。

优选的，所述金属基底的预处理步骤为：

将金属基底置于丙酮溶液中超声处理除去表面油污，然后置于盐酸溶液中去除表面氧化物，接着用乙醇清洗干净，最后在真空烘箱中干燥，得到处理过的金属基底。

优选的，所述的金属基底为镍泡沫。