[發明專利]一種共價鍵連接的TiO2

在審

• 申請號: 202110410782.6
• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN113083370A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 李紅喜;徐澤;李海燕
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: B01J31/22
• 分類號: B01J31/22;B01J31/06;B01J21/06;B01J31/38;C01B32/40
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 孫周強;陶海鋒

本發明公開了一種共價鍵連接的TiO₂@CTF?Py異質結材料及其制備方法與應用。具體而言，本發明通過修飾TiO₂在其表面引入氨基并用于合成三嗪框架材料的體系中原位制備了一系列TiO₂@CTF?Py異質結材料，TiO₂納米片包裹在CTF?Py層內部且與其緊密接觸，兩者之間通過共價鍵連接。該材料能夠在光照條件下催化CO₂還原反應，CTF?Py中NNN配位點可用于螯合金屬離子使其具有高活性和高選擇性、反應條件綠色溫和等特點。轉化反應結束后，將催化劑從體系中分離出來，循環利用5次后仍能保持穩定且其催化活性也未出現明顯降低。

技術領域

本發明屬于催化化學技術領域，涉及一種共價鍵連接的TiO₂@CTF-Py異質結材料及其制備方法與應用。

背景技術

隨著能源儲存的消耗和環境的逐漸惡化，目前能源和環境問題是人類迫切關注的兩大方面。由于人類活動，二氧化碳的排放不斷增加，導致溫室效應產生、全球氣溫升高、海平面上升、兩極冰川融化等問題。因此為了保護我們人類賴以生存的地球，越來越多的科研工作者開始致力于將二氧化碳通過資源化轉化技術來減少其排放，其中利用太陽能驅動二氧化碳光催化還原為甲醇、甲烷和一氧化碳等可持續生產化學燃料被認為是比較綠色經濟的方式。迄今為止，許多基于無機半導體、石墨相氮化碳（g-C₃N₄）、金屬有機框架（MOFs）或共價有機框架（COFs）的光催化二氧化碳還原體系已經得到了廣泛研究。然而，這些非均相體系穩定性差、催化活性和選擇性低，并且大多數情況需要額外電子犧牲劑的參與。開發新的方法，能夠在不需要任何輔助條件的情況下實現高效并高選擇性地光還原二氧化碳有著重要的意義。

發明內容

針對上述情況，本發明的目的在于提供一種共價鍵連接的TiO₂@CTF-Py異質結材料及其制備方法和用途。以TiO₂@CTF-Py異質結材料作為催化劑，實現光催化二氧化碳還原反應。實驗表明，共價鍵連接方式和NNN配位點是提升光催化活性的關鍵。另外，在上述反應體系中，作為催化劑使用的TiO₂@CTF-Py異質結材料在循環5次后催化活性并未出現明顯降低，是一種有效且高效的催化劑。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種共價鍵連接的TiO₂@CTF-Py異質結材料，包括二氧化鈦、共價三嗪框架（CTF-Py）；所述TiO₂@CTF-Py異質結材料中，TiO₂納米片包裹在CTF-Py層內部且與其緊密接觸，兩者之間通過席夫堿反應形成共價鍵。CTF-Py中由于三嗪環和吡啶環的存在組成NNN配位點，可用于螯合金屬離子作為催化活性位點。異質結材料中氮呈現出兩種存在形式分別為吡啶和吡咯類型，而且氮豐度有利于CO₂氣體吸附于材料表面。

本發明公開了上述TiO₂@CTF-Py異質結材料的制備方法，包括如下步驟：將NH₂-TiO₂、2,6-吡啶二甲醇、對苯二甲脒和碳酸銫加入有機溶劑中，反應得到TiO₂@CTF-Py異質結材料。

本發明公開了上述TiO₂@CTF-Py異質結材料在光催化CO₂還原反應中的應用。

本發明公開了一種光催化CO₂還原反應的方法，包括如下步驟：

（1）將NH₂-TiO₂、2,6-吡啶二甲醇、對苯二甲脒和碳酸銫加入有機溶劑中，反應得到TiO₂@CTF-Py異質結材料；

（2）將步驟（1）的TiO₂@CTF-Py異質結材料、金屬鹽、水混合后，二氧化碳氣氛下光照反應，完成光催化CO₂還原反應。