[发明专利]一种MOF/石墨烯量子点纳米复合光催化剂的制备方法

说明书

本发明涉及催化剂领域，针对现有的复合光催化剂催化效果不佳的问题，提供一种一种MOF/石墨烯量子点纳米复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：利用PTA和Cr(NO₃)₃·9H₂O水热法制得MOF，200‑220℃下在烘箱中反应7～9小时，反应完成后降温得正八面体状MOF材料；利用葡萄糖水热法180～200℃，反应3～4h，制得石墨烯量子点；将制得的MOF与石墨烯量子点溶液混合，室温搅拌4～6h，后处理制得MOF/石墨烯量子点纳米复合光催化剂。本发明提供的合成方法具有条件温和、纯度好等特点，适合于工业上的大规模生产应用。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，尤其是涉及一种MOF/石墨烯量子点纳米复合光催化剂及其制备方法。

背景技术

金属－有机框架材料(metal-organic frame works,MOF)是一种特殊的配位聚合物。配位聚合物通常是指金属离子或金属簇通过配位键或其它一些弱的作用力(如氢键、π-π作用和范德华力)和无机或有机配体连接形成的化合物，这类材料具有各种类型的拓扑结构，比如高度规则的离散结构、无限连续结构等。其中，MOF是通过有机分子以配位键的形式连接金属团簇形成的二维或三维的具有周期性多孔结构，属于配位网络的一种。由于其结构呈周期性排列，使得MOF材料成为一种晶体材料。因MOF是以不同金属位点和不同有机分子配位形成的杂化框架结构，使得MOF具有很多优异的性能：(1)由于MOF内部金属团簇的存在，使得MOF材料无需掺杂其它催化活性位点便具有出色的催化性能。MOF家族中存在大量可以通过吸收光能和电能进行能级跃迁的金属团簇，使得MOF被广泛用作光催化及电催化材料；(2)由于大部分MOF材料具有超高的比表面积，在物理吸附能力上远超其它材料，使得MOF及其衍生材料具有良好的反应能力和气体吸附能力；(3)通过采用不同的有机分子桥联，可以调控MOF材料单晶结构内部空间以及外部孔隙的尺寸，实现对分子筛选能力的调控；(4)由于长链配体分子存在柔性，使得MOF材料骨架可以轻微变形，利用这个性质可以控制不同分子的吸脱附时间来筛选不同分子；(5)配体分子可以配备不同的官能团，使得MOF材料可以根据调控官能团来改变元素组成。

金属有机骨架(MOFs)为具有高比表面积、均一可调的多孔结构和高密度金属位点等诸多特性的多孔无机－有机杂化晶态材料，在光催化领域受到越来越多的关注。CO₂过量排放引起全球气候变暖，使世界环境及温度变化面临严峻的考验。将CO₂通过光催化还原的方式转化为其他具有可利用价值的化学品是解决当前的环境问题的有效方式之一。

碳材料以各种形式广泛存在，其中碳纳米管、富勒烯、石墨烯和碳量子点因具有独特的孔结构、电子结构以及优异的电子接受和传输性能被广泛应用在光电器件、生物医学以及光催化等领域。研究发现，作为有效的电子受体如碳纳米管和石墨烯，这些碳材料提供了sp2键合结构，该结构可以接受被光子激发产生的光生载流子，这意味着更长的载流子寿命，即光生电子-空穴复合被抑制。碳纳米管具有很高的电子存储容量(每32个碳原子可储存一个电子)，这些存储的电子可以使用另一个电子受体按需放。因此当与被光辐照的TiO₂纳米颗粒接触时，碳纳米管可以接受并存储电子，从而延缓或阻碍光生电子-空穴对复合。同时，由于TiO₂和碳纳米管之间的电荷平衡，复合材料的费米能级将低于TiO₂，从而降低整个还原过程所需的驱动力。因此，上述碳材料通常被用来有效提高TiO₂对可见光的吸收率以及促进TiO₂中光生载流子的分离和转移。

关于复合光催化剂有诸多专利文件报道，例如，中国专利文件CN106914263A公开了一种复合可见光催化剂的制备方法，先将钛源和氮源在乙醇中分散均匀，然后向乙醇中滴加水得到混合物料；将混合物料在搅拌状态下蒸干得到前驱体；然后将准备的前驱体转移至马弗炉中，在马弗炉中于300℃～800℃下煅烧0.5～12h，得到TiO/g-CN复合可见光催化剂。但通过该法制备的光催化剂光催化效果较差，降解亚甲基蓝效率仍然有待提高。据此需要一种理想的解决方法。

发明内容