[發(fā)明專利]一種異質(zhì)結(jié)金屬有機(jī)骨架材料的制備方法及其產(chǎn)品和應(yīng)用

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202111364305.7
• 申請日: 2021-11-17
• 公開（公告）號: CN114100686A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔大祥;童琴;趙昆峰;陳曉彤;馬玉麗
• 申請（專利權(quán)）人: 上海納米技術(shù)及應(yīng)用國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: B01J31/22
• 分類號: B01J31/22;C02F1/30;C08G83/00;C02F101/30
• 代理公司: 上海東亞專利商標(biāo)代理有限公司 31208
• 代理人: 董梅

本發(fā)明涉及一種異質(zhì)結(jié)金屬有機(jī)骨架材料的制備方法及其產(chǎn)品和應(yīng)用，采用一步溶劑熱法，制備得到八面體骨架結(jié)構(gòu)的Fe₂O₃/MIL?101(Fe)復(fù)合催化劑，有利于界面電荷轉(zhuǎn)移，同時(shí)利用MIL?101(Fe)的多孔特性促進(jìn)反應(yīng)物的吸收，提供了足夠的活性位點(diǎn)，有效提高對水中有機(jī)污染物的去除效率。多孔MIL?101(Fe)的引入有助于電子?空穴對的快速分離和加速表面上的空穴消耗反應(yīng)，不僅有助于減少Fe₂O₃的自腐蝕，而且可增大與污染物的接觸面積，為界面催化提供足夠的活性反應(yīng)位點(diǎn)。此外，該可見光催化劑采用一步溶劑熱法即可制備得到，操作簡便，便于規(guī)模化制備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種異質(zhì)結(jié)金屬有機(jī)骨架材料的制備方法及其產(chǎn)品和應(yīng)用，可以有效促進(jìn)電荷轉(zhuǎn)移和對可見光的利用，用于污水處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體材料的選擇是異質(zhì)結(jié)構(gòu)建中一個(gè)重要因素。金屬有機(jī)骨架具有高孔隙率和表面易功能化等特點(diǎn)，得到了眾多研究者的青睞。特別是MIL-101（Fe）具有良好的電子親和性，水氧化比表面積大、能帶結(jié)構(gòu)適中，且易于修飾、易摻雜和易復(fù)合等特性，已成為優(yōu)于一些傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料的一類高效光催化劑。但是在實(shí)際應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，純相MOFs材料在光催化降解有機(jī)物過程中，易導(dǎo)致光生電子-空穴對的快速復(fù)合而導(dǎo)致MOFs的光催化效率降低。

氧化鐵是一種理想的功能材料，不僅來源廣泛、價(jià)格低廉，而且還具有優(yōu)良的光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)和力學(xué)特性，帶隙窄（2.4eV）、穩(wěn)定性好，在光催化領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用于環(huán)境污染物的處理、光解水制氫制氧等領(lǐng)域。雖然與傳統(tǒng)的催化材料相比，純相的Fe₂O₃的反應(yīng)作用位點(diǎn)少，電導(dǎo)率差，遷移率差，光生載流子易復(fù)合，光催化活性不理想。若想提高其光催化效率，就需要對其進(jìn)行改性。因此，本申請專利中提出了一種異質(zhì)結(jié)Fe₂O₃/MIL-101(Fe)金屬有機(jī)骨架材料的制備及其應(yīng)用，充分利用MOFs的高比表面積，可提供更多的催化活性點(diǎn)和半導(dǎo)體催化劑會產(chǎn)生新的協(xié)同作用，從而促進(jìn)其光催化活性。

發(fā)明內(nèi)容

針對目前Fe₂O₃等鐵基催化劑光生載流子易復(fù)合、有機(jī)物降解不徹底等問題，本發(fā)明目的在于提供一種異質(zhì)結(jié)金屬有機(jī)骨架材料的制備方法。

本發(fā)明的再一目的在于：提供一種上述方法制備的異質(zhì)結(jié)金屬有機(jī)骨架材料產(chǎn)品。

本發(fā)明的又一目的在于：提供一種上述產(chǎn)品的應(yīng)用。

本發(fā)明目的通過下述方案實(shí)現(xiàn)：一種異質(zhì)結(jié)金屬有機(jī)骨架材料的制備方法，所述異質(zhì)結(jié)金屬有機(jī)骨架材料為Fe2O3/MIL-101(Fe)，采用一步溶劑熱法，制備得到八面體骨架結(jié)構(gòu)的Fe2O3/MIL-101(Fe)復(fù)合催化劑，有利于界面電荷轉(zhuǎn)移，同時(shí)利用MIL-101(Fe)的多孔特性促進(jìn)反應(yīng)物的吸收，提供了足夠的活性位點(diǎn)，有效提高對水中有機(jī)污染物的去除效率；具體包括以下步驟：

（1）首先，在磁力攪拌下，按照一定摩爾比將Fe(NO3)3?6H2O和對苯二甲酸配體分別加入到一定量的DMF和水的混合溶劑中進(jìn)行溶解，再將兩種溶液混合均勻，超聲處理30min后再繼續(xù)攪拌一段時(shí)間，隨后將溶液轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，調(diào)控反應(yīng)溫度和時(shí)間；

（2）待反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫，利用DMF和無水乙醇對產(chǎn)物進(jìn)行活化洗滌數(shù)遍，每次3h；

（3）最后，將產(chǎn)物置于一定真空度和溫度的真空烘箱中干燥一段時(shí)間即可得到八面體骨架結(jié)構(gòu)的Fe2O3/MIL-101(Fe)復(fù)合催化劑。

所述的Fe(NO3)3?6H2O：對苯二甲酸摩爾比為（1~2.5）：1，DMF：水的體積比為（6~60）:1。

所述的溶劑熱反應(yīng)溫度為110℃，反應(yīng)時(shí)間為20~40h。

所述的活化次數(shù)為4~6次。