[發明專利]一種Fe2Co基金屬有機框架CO2還原光催化劑的制備

在審

• 申請號: 202110689397.X
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113578386A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 張鳳鳴;吳迪;唐洪亮;丁為民
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: B01J31/22
• 分類號: B01J31/22;C07C51/00;C07C53/02;C08G83/00;C07F15/06
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本發明屬于金屬有機框架領域，具體為一種新型金屬有機框架催化劑的制備，其結構式：[Fe₂Co(μ3?O)(C₈H₄O₅)₃(H₂O)₃]，其中μ3為氧橋聯,C₈H₄O₅為2?羥基對苯二甲酸，分子式為Fe₂CoC₂₄H₁₈O₁₉，分子量為781.01。其結構單元屬于六方晶系，P63mmc空間群，晶胞參數α＝90°，β＝90°，γ＝120°，晶胞體積為Z＝2。本發明以Fe₂Co簇與2?羥基對苯二甲酸合成金屬有機框架，其可見光利用率高，光生電子?空穴分離效果好，CO₂還原性能好。

技術領域

本發明屬于金屬-有機框架材料催化劑領域，具體涉及一種CO₂還原光催化劑的制備及其在光催化二氧化碳還原中的應用。

背景技術

自十九世紀以來，工業化進程加速了化石燃料的開發和利用，大量化石燃料的燃燒導致了溫室氣體（主要是二氧化碳氣體）在空氣中濃度日趨增大，環境問題與能源問題也日趨嚴重。取之不盡的太陽能由于其清潔無污染引起科學家們的廣泛關注，利用太陽能將二氧化碳還原為有價值的含碳化學品是當今熱點之一。

金屬有機框架(MOFs)因其比表面積大，孔徑可調，吸附能力強等特點在光催化領域應用十分廣泛。但是單一的MOFs材料普遍存在光生電子-空穴容易復合、光催化效率低等缺陷，限制了MOFs在光催化CO₂還原性能。為了進一步增強單一MOFs在光催化CO₂還原中的催化活性，本發明采用溶劑熱法，利用帶有-OH官能團的有機配體和雙金屬簇活性中心的金屬節點合成了PCN-242-Fe₂Co-OH金屬有機框架材料，促進了光生電子-空穴的分離和光生電荷的轉移，大大提高PCN-242-Fe₂Co-OH材料的光催化CO₂還原產甲酸的性能。

發明內容

本發明的目的在于解決單一MOFs材料對CO₂吸附能力較弱，制約光催化CO₂還原性能的問題，利用帶有-OH官能團的有機配體和雙金屬簇活性中心的金屬節點合成了PCN-242-Fe₂Co-OH金屬有機框架材料具有良好的光生電荷的轉移能力，能夠光催化二氧化碳還原為甲酸，可作為光催化劑。

本發明的一種帶有羥基官能團和雙金屬簇活性中心的PCN-242-Fe₂Co-OH光催化CO₂還原催化劑的制備方法是按以下步驟完成的：

分別將Fe₂Co(μ3-O)(CH₃COO)₆和2-羥基對苯二甲酸溶解在N,N-二甲基甲酰胺中，然后加入冰乙酸；將該混合體系超聲分散均勻后轉移到高壓反應釜中，將反應釜于130~160℃下加熱反應18~36 h；自然冷卻至室溫后，經過過濾、洗滌，將產物通過真空干燥得到Fe₂Co基金屬有機框架CO₂還原光催化劑PCN-242-Fe₂Co-OH；

上述步驟中所述的Fe₂Co(μ3-O)(CH₃COO)₆和2-羥基對苯二甲酸加入量為物質的量的比為1：3；

上述步驟中所述的加入冰乙酸的體積為0.2~0.4mL；

上述步驟中所述超聲頻率為35~45KHz，超聲時間為20 min~30 min，攪拌速度為300r/min~350r/min。