[發明專利]一種碳布負載金屬-有機骨架復合光催化材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110923936.1
• 申請日: 2021-08-12
• 公開（公告）號: CN113522365A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 劉宏利;劉曉迅;安太成;李桂英;張衛平
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: B01J31/22
• 分類號: B01J31/22;B01D53/86;B01D53/44;B01D53/72;B01J37/34
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 彭玉婷

本發明屬于大氣光催化材料技術領域，公開了一種碳布負載金屬?有機骨架復合光催化材料及其制備方法和應用。該材料為碳布負載金屬?有機骨架復合光催化材料簡寫為NH₂?UiO?66@CC，該材料是碳布作為載體，金屬有機骨架化合物NH₂?UiO?66原位均勻并緊密地生長在碳布表面上；是將金屬源ZrCl₄、有機配體、水、冰醋酸和DMF混合，油浴升溫至60～180℃并保溫，得到混合液；將碳布作為工作電極，與鉑對電極和Ag/AgCl參比電極放入上述混合液中，施加電壓?0.1～?10V，取出洗滌，經80～150℃真空干燥制得。該材料在可見光照射的條件下能夠有效降解VOCs，對于大氣污染治理方面具有很大的潛力。

技術領域

本發明屬于大氣光催化材料技術領域，更具體地，涉及一種碳布負載金屬-有機骨架復合光催化材料及其制備方法和應用。

背景技術

目前，隨著大氣污染的日益嚴重，人們也更加關注大氣污染的問題，而揮發性有機物(VOCs)則是大氣污染重要來源之一。揮發性有機物(VOCs)除了自身對人體健康有害以外，還會與大氣中其他物質進行反應，導致光化學煙霧或灰霾天氣，對環境造成進一步的污染。因此，如何高效率降解揮發性有機物(VOCs)，如今已經成了科研人員的一大難題。在眾多處理方法中，光催化氧化技術具有高效，環保和安全等特點，現已是最熱門的解決大氣污染物的方法之一。

通過無機金屬中心與有機配體自組裝形成的晶態多孔材料，稱為金屬-有機骨架材料(MOFs)。由于其具有比表面積大，和多金屬位點等屬性，現在已經在很多領域中得到了應用，如氣體的吸附與分離，催化和藥物緩釋等等。在光催化應用方面，因為金屬-有機骨架材料的特點，通過光照之后產生的光生電子將被傳送到其次級單元，其特點與無機半導體的性質相似。但是，通常而言純的金屬-有機骨架材料的光催化性能并不強，通常需要加以其他修飾，來提高其光催化性能。比如通過添加貴金屬的手段，促進光生電子的流動性，又或者與金屬氧化物相結合，形成異質結，抑制光生電子-空穴的復合，達到提升光催化性能的效果。但是，采用以上手段往往有成本高，制作方法復雜且不穩定等弊端。目前為止，還未見有關于電化學方法制備碳布負載金屬-有機骨架復合光催化材料在光催化降解VOCs方面的相關研究和報道。

發明內容

為了解決如今技術上的不足之處，本發明提供了一種碳布負載金屬-有機骨架復合光催化材料。該材料將MOFs與碳布的結合，相較于純MOFs，在太陽光驅動下其光催化活性得到了大幅的提升，解決了純MOFs作為光催化劑性能低的問題。

本發明的另一目的在于提供上述碳布負載金屬-有機骨架復合光催化材料的制備方法。該方法通過電化學的方法將溶解在有機溶液的金屬源和有機配體進行配位并且負載在碳布上，制備得碳布負載金屬-有機骨架復合光催化材料。該合成方法簡便，條件容易控制并且產量高，解決了MOFs合成時間長，條件苛刻等難題。

本發明的再一個目的在于提供上述碳布負載金屬-有機骨架復合光催化材料的應用。

本發明的目的通過下述技術方案來實現：

一種碳布負載金屬-有機骨架復合光催化材料，所述復合光催化材料簡寫為NH₂-UiO-66@CC，該材料是碳布作為載體，金屬有機骨架化合物NH₂-UiO-66原位均勻并緊密地生長在碳布表面上。

優選地，所述復合光催化材料是將金屬源ZrCl₄、有機配體、水、冰醋酸和DMF混合，油浴升溫至60～180℃并保溫，得到混合液；將碳布作為工作電極，并與鉑對電極和Ag/AgCl參比電極放入上述混合液中，施加電壓-0.1～-10V，取出洗滌，經80～150℃真空干燥制得。

優選地，所述有機配體為2-氨基對苯二甲酸或對苯二甲酸。

優選地，所述的金屬源ZrCl₄、有機配體、水、冰醋酸和DMF的摩爾比為1:(0.1～5):(1～10):(1～10):(10～100)。