[發(fā)明專利]一種溶劑熱法合成的MOF衍生物半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)材料的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010113908.9
• 申請(qǐng)日: 2020-02-23
• 公開（公告）號(hào): CN111250074B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于然波;何奕磊;王祖民;張行;魏延澤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/04
• 分類號(hào): B01J23/04;B01J23/745;B01J23/02
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發(fā)明公開了一種溶劑熱法合成的MOF衍生物半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)材料的方法，屬于催化劑材料領(lǐng)域。具體是取溶于有機(jī)溶劑的可溶性配體有機(jī)物與鈦酸四正丁酯的混合反應(yīng)體系進(jìn)行水熱晶化，獲得的產(chǎn)品洗滌干燥后在空氣中進(jìn)行連續(xù)的2步法煅燒，將煅燒結(jié)束后的產(chǎn)品與金屬化合物溶于合有醇類溶劑的堿性溶液中，水熱晶化一段時(shí)間，并洗滌多次，最后將所述固形物烘干，獲得目標(biāo)產(chǎn)物。采用本發(fā)明得到的MOF衍生物半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)材料產(chǎn)品化學(xué)穩(wěn)定性高且光催化性能優(yōu)異，其制備方法具有工藝流程簡(jiǎn)單、成本低廉、產(chǎn)品產(chǎn)量高的特點(diǎn)。

所屬技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于催化劑材料領(lǐng)域，涉及一種新型催化材料的制備方法，具體地說(shuō)涉及一種溶劑熱法合成的MOF衍生物半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)材料的制備方法。

背景技術(shù)

金屬有機(jī)骨架(MOFs)，又稱多孔配位聚合物(PCPs)，是由二級(jí)結(jié)構(gòu)單元(SBU)、金屬陽(yáng)離子鹽或簇、多齒有機(jī)配體配位型連接合成的具有無(wú)限晶格的二維或三維多孔晶體材料。由于其金屬中心、高度有序的多孔結(jié)構(gòu)、均勻的孔徑和環(huán)境、極高的比表面積和功能性有機(jī)連接基團(tuán)、可剪裁性以及超高比表面積等優(yōu)異特性，MOF是極好的催化劑模板。近年來(lái)MOFs衍生物在諸多研究領(lǐng)域呈現(xiàn)出潛在的應(yīng)用前景，尤其是深度研發(fā)其催化應(yīng)用已成為當(dāng)今的研究熱點(diǎn)。^[1]

從光解水反應(yīng)的歷程中，在光催化劑的存在下，光催化分解水包括四個(gè)主要階段：(1)光的捕獲，(2)光催化劑吸收光子產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，(3)光生電荷的分離和遷移，(4)表面化學(xué)反應(yīng)。針對(duì)光生電荷的分離和遷移過(guò)程，設(shè)計(jì)異質(zhì)結(jié)構(gòu)是增強(qiáng)光生電荷的遷移距離和壽命的主要途徑，從而獲得最佳的光催化效率。^[2]目前，半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)材料的合成報(bào)道有很多，Subha N等^[3]采用異丙醇鈦水解和硝酸鍶分別作為鈦源和鍶源水熱合成了SrTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)材料，這種方法將混合液加熱晶化得到的產(chǎn)品氧化鈦晶型為金紅石，形貌不規(guī)整，孔隙較少，導(dǎo)致該產(chǎn)物的催化性能受到限制。同時(shí)，XW Lou等^[4]制備過(guò)程中通過(guò)后退火工藝將Ti-Fe-O納米顆粒轉(zhuǎn)變?yōu)楫愘|(zhì)結(jié)構(gòu)的Fe2TiO5/TiO2，此方式得到的異質(zhì)結(jié)構(gòu)無(wú)法保證活性位點(diǎn)的均勻分布以至于影響后續(xù)的光催化反應(yīng)。R Li等^[5]利用TiO2納米管作為模板和反應(yīng)物，通過(guò)原位水熱法制備了BaTiO3/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米管陣列，但TiO2納米管的制備條件苛刻，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求苛刻，在一般實(shí)驗(yàn)室條件下難以實(shí)現(xiàn)。到目前為止，通過(guò)溶劑熱法以Ti-MOF來(lái)制備半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)材料還未見報(bào)道。

[1]Wang Q,Astruc D.State of the Art and Prospects in Metal–OrganicFramework(MOF)-Based and MOF-Derived Nanocatalysis[J].Chemical Reviews,2019.

[2]Zhang L J,Li S,Liu B K,et al.Highly Efficient CdS/WO3Photocatalysts:Z-Scheme Photocatalytic Mechanism for Their EnhancedPhotocatalytic H2Evolution under Visible Light[J].Acs Catalysis,2014,4(10):3724-3729.

[3]Subha N,Mahalakshmi M,Myilsamy M,et al.Influence of synthesisconditions on the photocatalytic activity of mesoporous Ni doped SrTiO3/TiO2heterostructure for H2 production under solar light irradiation[J].Colloidsand Surfaces A:Physicochemical and Engineering Aspects,2017,522:193-206.