[發明專利]復合光催化材料UiO-66@BiOIO3

在審

• 申請號: 201911029824.0
• 申請日: 2019-10-28
• 公開（公告）號: CN110813381A
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 齊雪梅;王曉健;施琳;李可玄;李世吉;劉燦;吳強
• 申請（專利權）人: 上海電力大學
• 主分類號: B01J31/26
• 分類號: B01J31/26;B01J35/10;C02F1/30;C02F101/38;C02F101/34;C02F101/30
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐俊

本發明公開了一種復合光催化材料UiO?66@BiOIO₃及其制備方法與應用，該復合材料具有優異的光催化活性。其制備方法包括：首先以N，N?二甲基甲酰胺溶液作為溶劑，采用溶劑熱法制備出UiO?66粉末；然后采用水熱合成方法制備UiO?66@BiOIO₃復合光催化材料。本發明所制備的UiO?66@BiOIO₃復合材料可協同利用UiO?66的高比表面積及多孔結構和BiOIO₃的光催化活性，從而表現出優異的光催化性能，在污染物去除領域具有良好的應用前景，該制備工藝和生產設備簡單、無二次污染，易于工業化生產。

技術領域

本發明屬于光催化技術領域，具體涉及一種復合光催化材料及其制備方法與應用。

背景技術

光催化技術因其具有低成本、環境友好等特點，在清潔能源生產和環境治理領域有著及其重要的應用前景，因此高效光催化劑的開發是光催化技術應用的關鍵。碘酸氧鉍(BiOIO₃)是一種新型的鉍系光催化材料，禁帶寬度約為3.13eV，具有層狀結構和內部極性性質，二者均有利于光生空穴-電子對的有效分離，因此表現出優異的光催化性能。同時由于BiOiO₃的價帶位置約為4.10eV，因此其光生空穴的氧化能力較強，從而有助于其光催化氧化能力的提高。近幾年來，BiOiO₃作為一種高效的光催化劑在光催化降解有機污染物及光催化氧化零價汞領域引起了人們的廣泛關注。但由于其相對較寬的禁帶寬度，導致其對可見光的吸收利用能力相對較弱，此外，在水熱合成過程中納米粒子容易團聚，比表面積小，因此在光催化過程中對污染物的吸附富集能力較弱，影響其催化活性的提高。因此如何有效控制其在合成過程中納米粒子團聚，提高其吸附富集污染物的能力及提高其可見光催化活性成為目前研究的熱點。

近年來，以金屬有機骨架材料耦合無機半導體光催化材料構建復合材料是提高無機半導體光催化性能的一種有效手段。一方面利用復合材料較高的吸附性能將環境體系中的污染物吸附富集于復合材料表面；另一方面通過復合材料自身的光催化性能將吸附的目標污染物原位降解氧化，從而克服了無機半導體光催化材料對污染物吸附特性弱的問題。同時金屬有機骨架材料還可抑制無機半導體材料合成過程中納米微粒團聚，增加其比表面積和催化活性位點，提高催化活性。

UiO-66是一種以Zr為前驅體的金屬有機骨架材料，具有三維骨架和孔道結構，擁有超大的比表面積，良好的水、熱穩定性和化學穩定性，能耐受超過500℃的高溫，是一種性能優異的多孔MOF材料，在吸附、催化及氣體儲存領域具有廣泛的應用前景。此外，UiO-66作為一種有機半導體材料，其本身也具有光催化性能，其多孔結構有利于光生電子的遷移等特性，從而促進電荷分離，提高光催化效率，在光催化領域也具有廣闊的應用前景。因此將UiO-66與BiOIO₃進行復合，協同利用UiO-66的高比表面積及多孔結構特性，可極大地提高BiOIO₃的光催化性能。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述單一無機半導體光催化劑BiOIO₃在水熱合成過程中納米粒子容易團聚，比表面積較低，在光催化過程中對污染物的吸附富集能力較弱，從而影響其光催化活性提高的問題，通過協同利用光催化材料BiOIO₃的光催化性能及UiO-66的高比表面積及多孔結構，構建具有高效催化活性的復合光催化材料UiO-66@BiOIO₃。

為了達到上述目的，本發明提供了一種復合光催化材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：UiO-66的制備：

(a)室溫下將四氯化鋯(ZrCl₄)和1,4-對苯二甲酸溶于N，N-二甲基甲酰胺溶液，磁力攪拌溶解，然后轉移到水熱反應釜中，120℃下水熱反應24h，自然冷卻至室溫，產物真空抽濾，用去離子水和無水乙醇各沖洗3次，90℃烘至干燥，備用；