[發明專利]一種溶劑熱法合成的MOF衍生物半導體異質結材料的方法

有效

• 申請號: 202010113908.9
• 申請日: 2020-02-23
• 公開（公告）號: CN111250074B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 于然波;何奕磊;王祖民;張行;魏延澤
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B01J23/04
• 分類號: B01J23/04;B01J23/745;B01J23/02
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明公開了一種溶劑熱法合成的MOF衍生物半導體異質結材料的方法，屬于催化劑材料領域。具體是取溶于有機溶劑的可溶性配體有機物與鈦酸四正丁酯的混合反應體系進行水熱晶化，獲得的產品洗滌干燥后在空氣中進行連續的2步法煅燒，將煅燒結束后的產品與金屬化合物溶于合有醇類溶劑的堿性溶液中，水熱晶化一段時間，并洗滌多次，最后將所述固形物烘干，獲得目標產物。采用本發明得到的MOF衍生物半導體異質結材料產品化學穩定性高且光催化性能優異，其制備方法具有工藝流程簡單、成本低廉、產品產量高的特點。

所屬技術領域

本發明屬于催化劑材料領域，涉及一種新型催化材料的制備方法，具體地說涉及一種溶劑熱法合成的MOF衍生物半導體異質結材料的制備方法。

背景技術

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

從光解水反應的歷程中，在光催化劑的存在下，光催化分解水包括四個主要階段：(1)光的捕獲，(2)光催化劑吸收光子產生電子-空穴對，(3)光生電荷的分離和遷移，(4)表面化學反應。針對光生電荷的分離和遷移過程，設計異質結構是增強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，半導體異質結材料的合成報道有很多，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異質結材料，這種方法將混合液加熱晶化得到的產品氧化鈦晶型為金紅石，形貌不規整，孔隙較少，導致該產物的催化性能受到限制。同時，XW Lou等^[4]制備過程中通過后退火工藝將Ti-Fe-O納米顆粒轉變為異質結構的Fe2TiO5/TiO2，此方式得到的異質結構無法保證活性位點的均勻分布以至于影響后續的光催化反應。R Li等^[5]利用TiO2納米管作為模板和反應物，通過原位水熱法制備了BaTiO3/TiO2異質結構納米管陣列，但TiO2納米管的制備條件苛刻，對實驗設備要求苛刻，在一般實驗室條件下難以實現。到目前為止，通過溶劑熱法以Ti-MOF來制備半導體異質結材料還未見報道。

[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.