[发明专利]水凝胶中金属离子改性MOF微/纳结构的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种水凝胶中金属离子改性MOF微/纳结构的制备方法及其应用,属于有机纳米光催化领域。本发明将卟啉配体与金属团簇反应得到卟啉MOF微/纳结构，然后将其与海藻酸钠(SA)水溶液共混后冰冻成型，并置于过量二价金属盐(M²⁺)溶液进行交联固化，得到SA‑M²⁺‑MOF水凝胶球。利用交联金属离子与卟啉分子配位的方法，在有效改性MOF微/纳结构的同时，使之均匀、牢固嵌入SA水凝胶球骨架中，提高其可回收利用性。本方法简单易行，为有机纳米材料的可控、整体组装提供了实验基础。通过对所得的SA‑M²⁺‑MOF在光催化降解有机染料的应用进行研究，结果显示该结构具有高效的光催化活性。为广泛应用于污染治理、能源枯竭提供了可能性。

技术领域

本发明属于有机纳米光催化领域，具体涉及一种水凝胶中金属离子改性卟啉MOF微/纳结构的制备方法及其应用。

背景技术

随着经济社会的发展，化石能源广泛使用和消耗，威胁人类生存的环境污染和能源危机日益严峻，有必要寻找一种低成本的清洁可再生能源，利用新型高效技术解决环境问题。

有机半导体光催化剂相比无机半导体材料，价格更加低廉，制备工艺更加简单方便，且因其结构上的多样性与宽的太阳光谱吸收，而表现出优异的可见光催化降解污染物性能(Organic Photocatalysts for the Oxidation of Pollutants and ModelCompounds,M.Luisa Marin,Lucas Santos-Juanes,Antonio Arques,CHEMICAL REVIEWS,2011,1710-1747.)。近年来，金属有机框架材料(metalorganic frameworks,MOFs)因其独特的结构优势，如多孔性、结构可调节性、可功能化等，有助于研究者从化学结构层面来设计光催化剂(Metal-organic frameworks(MOFs)-based efficient heterogeneousphotocatalysts:Synthesis,properties and its applications in photocatalytichydrogen generation,CO₂ reduction and photodegradation of organicdyes.Ch.Venkata Reddy，Kakarla Raghava Reddy，V.V.N.Harish.INTERNATIONALJOURNAL OF HYDROGEN ENERGY,2020,7656-7679.)有机结构纳米化后的比表面积大、孔隙率高能够吸附更多的外部物质进行降解；载流子迁移率提高，能够表现出更好的降解能力；解决了有机均相体系活性分子回收再利用的问题，提高材料体系重复使用率。

卟啉MOF作为具有良好光电性质的新型光催化剂，既具有卟啉拓宽光谱响应范围、降低光生电子-空穴复合率的独特优势，又具有MOF材料的多孔道、孔道尺寸可调节、比表面积大的优势。越来越多的研究表明纳米化能够改性卟啉MOF的形貌、降低尺寸提高降解效率，重复使用率(Metal–Organic frameworks for the exploitation of distancebetween active sites in efficient photocatalysis.Gong X,Shu Y,JiangZ.ANGEWANDTE CHEMIE,2020,5326-5331.)但是MOF粉末的可回收性较差，采用各种方法合成的MOF负载水凝胶整体性能较差，存在MOF脱落等问题。

目前还没有文献和专利报道水凝胶中金属离子改性MOF微/纳结构的制备方法，并提出将其应用于光催化领域。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题在于提供了一种水凝胶中金属离子改性MOF微/纳结构的制备方法。针对现有的MOF纳米结构制备方法中，自组装过程过快导致聚集体尺寸过大、晶型不完善等问题，本发明提供一种水凝胶中金属离子改性MOF微/纳结构的制备方法，可以有效地控制形貌、尺寸，完善晶型和孔结构，并提高其分散性及可回收性。