[发明专利]一种巯基丙酸联结的二氧化钛共价有机框架复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种巯基丙酸联结的二氧化钛共价有机框架复合材料在光催化COsubgt;2/subgt;还原中的应用。该发明在缓解能源危机和解决温室效应等环境问题方面有一定的助益。TiOsubgt;2/subgt;作为光催化剂具有无毒、价格低廉易得、氧化还原电位合适、高抗光腐蚀性、优异的化学稳定性等特点。共价有机框架材料是以共价键相连的一类具有高比表面积、高孔隙率、高结晶度的结构多样性多孔材料，具有可设计性、易功能化的特点。本发明利用巯基丙酸作为联结剂将无机半导体TiOsubgt;2/subgt;和具有大的π共轭体系、优异的化学稳定性的COFs以共价键的形式相结合，合成复合材料催化剂，用于光催化COsubgt;2/subgt;还原中，具有较大的研究价值和应用潜力。

技术领域

本发明属于材料制备领域，具体是提出一种用于光催化CO₂还原的巯基丙酸联结的二氧化钛共价有机框架复合材料。

背景技术

随着工业的快速发展和人们生活水平的提高，人类面临的能源需求和环境污染等问题日益严峻，其中，温室效应已经成为环境污染的重大难题之一，所以，将温室气体CO₂还原为可用的化石燃料是人类面对的新挑战，但是CO₂作为一种稳定性高的气体，将其还原有较大的难度，因此，研究可以通过收集取之不尽、用之不竭的太阳光能量来将还原CO₂的光催化剂是解决温室效应的关键所在。作为合适的光催化剂，其应该具有稳定的化学结构，优异的吸光能力，高效的电子传输效率等特点。

自1972年AKIRA等人第一次将二氧化钛作为光催化剂报道以来，TiO₂就以其无毒、价格低廉易得、合适的氧化还原电位、高的抗光腐蚀性、优异的化学稳定性等特点，得到了研究者们的青睐。然而，TiO₂的宽带隙（3.0~3.2eV），只能吸收紫外光（λ＜380nm），对占太阳能总能量的43％的可见光区域几乎无响应的特点限制了纯TiO₂材料在光催化反应中的应用，同时，缓慢的电子转移和快速的载流子复合效率也阻碍了其发展的进程。

自2005年Yaghi课题组首次报道共价有机框架材料（COFs）以来， COFs就受到了研究者们的广泛关注，作为一种通过共价键相连的具有周期性和结晶性的有机多孔聚合物，其具有良好的热稳定性和化学稳定性、有序的孔道结构、结晶性好、单元结构可设计性等特点, 其设计性高、易功能化的孔道结构给研究者们提供了更多的科研思路, 通过“自上而下”或者后修饰策略将具有催化活性的官能团或金属颗粒嵌入到材料中成为了近年来研究的热点。

研究用巯基丙酸作联结剂，将无机半导体TiO₂和具有大的π共轭体系、好的化学稳定性的有机框架材料COFs纳米片以共价键的形式相结合，制备复合材料用于光催化反应中，将CO₂还原为可用的燃料，这对环境能源发展具有深远的意义。

发明内容

本发明提出用巯基丙酸（MPA）作联结剂，将无机半导体TiO₂和具有大的π共轭体系、好的化学稳定性的有机材料COFs以共价键的形式相结合，制备复合材料用于光催化CO₂还原反应中，结合二者优点，克服无机半导体TiO₂在光催化应用中只能吸收紫外光的局限性，提高可见光利用率，为光催化技术领域的发展探索了一条新的道路。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：