[發(fā)明專利]一種巰基丙酸聯(lián)結(jié)的二氧化鈦共價有機(jī)框架復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111263944.4
• 申請日: 2021-10-28
• 公開（公告）號: CN114011467B
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李留義;劉宇航;韋蘭順;于巖
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號: B01J31/22
• 分類號: B01J31/22;B01J21/06;C01B32/40;B01D53/86;B01D53/62;B01D53/00
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 林文弘;蔡學(xué)俊

本發(fā)明公開了一種巰基丙酸聯(lián)結(jié)的二氧化鈦共價有機(jī)框架復(fù)合材料在光催化COsubgt;2/subgt;還原中的應(yīng)用。該發(fā)明在緩解能源危機(jī)和解決溫室效應(yīng)等環(huán)境問題方面有一定的助益。TiOsubgt;2/subgt;作為光催化劑具有無毒、價格低廉易得、氧化還原電位合適、高抗光腐蝕性、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)。共價有機(jī)框架材料是以共價鍵相連的一類具有高比表面積、高孔隙率、高結(jié)晶度的結(jié)構(gòu)多樣性多孔材料，具有可設(shè)計性、易功能化的特點(diǎn)。本發(fā)明利用巰基丙酸作為聯(lián)結(jié)劑將無機(jī)半導(dǎo)體TiOsubgt;2/subgt;和具有大的π共軛體系、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性的COFs以共價鍵的形式相結(jié)合，合成復(fù)合材料催化劑，用于光催化COsubgt;2/subgt;還原中，具有較大的研究價值和應(yīng)用潛力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料制備領(lǐng)域，具體是提出一種用于光催化CO₂還原的巰基丙酸聯(lián)結(jié)的二氧化鈦共價有機(jī)框架復(fù)合材料。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)的快速發(fā)展和人們生活水平的提高，人類面臨的能源需求和環(huán)境污染等問題日益嚴(yán)峻，其中，溫室效應(yīng)已經(jīng)成為環(huán)境污染的重大難題之一，所以，將溫室氣體CO₂還原為可用的化石燃料是人類面對的新挑戰(zhàn)，但是CO₂作為一種穩(wěn)定性高的氣體，將其還原有較大的難度，因此，研究可以通過收集取之不盡、用之不竭的太陽光能量來將還原CO₂的光催化劑是解決溫室效應(yīng)的關(guān)鍵所在。作為合適的光催化劑，其應(yīng)該具有穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)，優(yōu)異的吸光能力，高效的電子傳輸效率等特點(diǎn)。

自1972年AKIRA等人第一次將二氧化鈦?zhàn)鳛楣獯呋瘎﹫蟮酪詠恚琓iO₂就以其無毒、價格低廉易得、合適的氧化還原電位、高的抗光腐蝕性、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，得到了研究者們的青睞。然而，TiO₂的寬帶隙（3.0~3.2eV），只能吸收紫外光（λ＜380nm），對占太陽能總能量的43％的可見光區(qū)域幾乎無響應(yīng)的特點(diǎn)限制了純TiO₂材料在光催化反應(yīng)中的應(yīng)用，同時，緩慢的電子轉(zhuǎn)移和快速的載流子復(fù)合效率也阻礙了其發(fā)展的進(jìn)程。

自2005年Yaghi課題組首次報道共價有機(jī)框架材料（COFs）以來，?COFs就受到了研究者們的廣泛關(guān)注，作為一種通過共價鍵相連的具有周期性和結(jié)晶性的有機(jī)多孔聚合物，其具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性、有序的孔道結(jié)構(gòu)、結(jié)晶性好、單元結(jié)構(gòu)可設(shè)計性等特點(diǎn),?其設(shè)計性高、易功能化的孔道結(jié)構(gòu)給研究者們提供了更多的科研思路,?通過“自上而下”或者后修飾策略將具有催化活性的官能團(tuán)或金屬顆粒嵌入到材料中成為了近年來研究的熱點(diǎn)。

研究用巰基丙酸作聯(lián)結(jié)劑，將無機(jī)半導(dǎo)體TiO₂和具有大的π共軛體系、好的化學(xué)穩(wěn)定性的有機(jī)框架材料COFs納米片以共價鍵的形式相結(jié)合，制備復(fù)合材料用于光催化反應(yīng)中，將CO₂還原為可用的燃料，這對環(huán)境能源發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出用巰基丙酸（MPA）作聯(lián)結(jié)劑，將無機(jī)半導(dǎo)體TiO₂和具有大的π共軛體系、好的化學(xué)穩(wěn)定性的有機(jī)材料COFs以共價鍵的形式相結(jié)合，制備復(fù)合材料用于光催化CO₂還原反應(yīng)中，結(jié)合二者優(yōu)點(diǎn)，克服無機(jī)半導(dǎo)體TiO₂在光催化應(yīng)用中只能吸收紫外光的局限性，提高可見光利用率，為光催化技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展探索了一條新的道路。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：