基于UIO‑66‑NH2与石墨烯原位共组装合成吸附‑光催化复合材料制造技术

本发明专利技术公开了一种基于UIO‑66‑NH2与石墨烯(GR)原位共组装合成吸附‑光催化复合材料，该复合材料经如下步骤制备而成：(1)、称取一定量的石墨烯(GR)溶于事先准备好的N,N一二甲基甲酰胺，超声处理，使得石墨烯溶解于溶液中，得到溶液A；(2)、称取一定量的2‑氨基‑对苯二甲酸溶于溶液A中，超声、搅拌，得到溶液B；(3)、再称取一定量的合成MOF所用的前驱体四氯化锆溶于溶液B，超声、搅拌，得到溶液C；(4)、将溶液C置于微波中反应一段时间得到产物；(5)、将上述所得产物离心洗涤得到UIO‑66‑NH2‑GR的复合材料。

UIO 66 NH2 and graphene were assembled in situ synthesis of adsorption photocatalytic composite materials based on

The invention discloses a UIO 66 NH2 (GR) and graphene based on in situ synthesis of CO assembly adsorption photocatalytic composite material, the composite material is prepared by the following steps: (1) said, take a certain amount of graphene (GR) dissolved in a prepared N, N one or two methyl formamide, ultrasonic treatment, the graphene dissolved in solution, solution A; (2), weighed 2 amino terephthalic acid in the solution of A, ultrasonic and stirring to obtain solution B; (3), said the four zirconium chloride precursor used for synthesizing MOF a certain amount of B in the solution, stirring, ultrasonic, get the solution C; (4), the solution of C is placed in a microwave reaction in a period of time to obtain the product; (5), the product of centrifugal washing UIO GR NH2 66 composites.

【技术实现步骤摘要】
基于UIO-66-NH2与石墨烯原位共组装合成吸附-光催化复合材料
本专利技术涉及一种MOF与石墨烯结合的复合材料，具体为一种基于UIO-66-NH2与石墨烯原位共组装合成高度分散的吸附-光催化复合材料。
技术介绍
金属有机骨架材料(MOF)是一类新型的多孔结构晶体，由金属离子或金属簇与芳香两元或多元羧酸、含氮杂环化合物配位自组装而成。其优点是规整微孔结构及超大比表面积，在多相催化、气体存储、气体吸附与分离等方面具有广阔的应用前景。MOF的结构单元(金属和配体)以及结构单元间的结合方式决定了其孔的大小、形状、空间立体结构、以及化学稳定性等。因此，MOF可以作为分子筛筛选出特定大小的分子。同时，调变MOF与客体分子的相互作用力以及MOF中金属的配位状态，可使得特定的反应在MOF的孔道当中发生。另外，通过共价键修饰配体，可以使MOF功能化。MOF的应用前景广阔，涉及气体储存、吸附和分离、催化、光、电、磁以及医药等领域。另外，MOF光催化剂的报道不多，而与石墨烯结合应用于二氧化碳转化的报道更少。现有技术中迫切需要解决的问题是MOF材料在制备过程中，耗时长且过程难控制，稳定性差的缺点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种制备过程简便、反应条件可控性强、合成时间短的基于UIO-66-NH2与石墨烯原位共组装合成吸附-光催化复合材料。其所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实施。一种基于UIO-66-NH2与石墨烯原位共组装合成吸附-光催化复合材料，该复合材料经如下步骤制备而成：(1)、称取质量百分比为0.5％～3.0％的石墨烯溶于事先准备好的N,N一二甲基甲酰胺，超声处理，使得石墨烯溶解于溶液中，得到溶液A；(2)、称取2-氨基-对苯二甲酸溶于溶液A中，超声、搅拌，得到溶液B；(3)、再称取合成MOF所用的前驱体四氯化锆溶于溶液B，超声、搅拌，得到溶液C；其中，步骤(2)中的2-氨基-对苯二甲酸配体与步骤(3)中的前驱体四氯化锆所称取的质量比为1：1.3；(4)将溶液C置于微波中分别反应1～60min到产物；(5)将上述所得产物离心洗涤得到UIO-66-NH2-GR的复合材料。作为本专利技术的优选实施例，步骤(1)中，超声处理时间为10min～50min，但是优选30min；步骤(2)中超声的时间为5min～25min，但是优选10min；搅拌的时间为5min～15min，但是优选5min；步骤(3)中超声的时间优选为10min，搅拌的时间优选为5min。作为本技术方案的进一步改进，步骤(1)中的N,N一二甲基甲酰胺为纯N,N一二甲基甲酰胺。作为本专利技术的另一个优选实施例，步骤(5)中微波反应温度为100～120℃，微波反应时间为40min。采用上述技术方案的本专利技术采用微波原位合成方法，先将一定量的石墨烯超声搅拌充分溶解在纯的N,N一二甲基甲酰胺溶液中，随后加入配体和前驱体，在微波的条件下进行反应，原位生成UIO-66-NH2-GR。这种共组装合成的吸附-光催化复合材料在环境治理、光解水产氢、染料敏化太阳能电池、光电材料等方面有着潜在的应用价值。本专利技术提供的技术方案具有如下优点：1、本专利技术提供了一种全新的合成吸附-光催化复合材料的制备方法，即用微波法合成。制备过程简便、反应条件可控性强、合成时间短。2、选择了本身具有光催化活性的MOF，UIO-66类型MOF材料具有高的热稳定性和优异的抗水、抗酸碱性能，且有很大的比表面积以及强的吸附能力。3、本专利技术利用微波产生“超热点”，在微波的作用下，将MOF材料与石墨烯结合，石墨烯可以增加分散度，提高导电性等。在两者的协同作用下，能够更好地用于还原二氧化碳。附图说明图1的图1a、图1b、图1c三图依次给出了本专利技术实施例1中所得的UIO-66-NH2，GR及UIO-66-NH2-GR的FESEM图谱；图2的图2a、图2b、图2c依次为实施例1中样品UIO-66-NH2，GR及UIO-66-NH2-GR的XRD图：三幅图中的三条曲线分别代表UIO-66-NH2，GR和UIO-66-NH2-GR的数据；各图的横坐标表示扫描角度，纵坐标表示强度；图3的图3a和图3b分别为实施例1中样品UIO-66-NH2及UIO-66-NH2-GR的UV-vis图；两条曲线分别代表UIO-66-NH2和UIO-66-NH2-GR的数据；各图的横坐标表示波长，纵坐标表示吸收；图4为实施例1中样品UIO-66-NH2-GR的TEM图；图5的图5a和图5b分别为实施例1中样品UIO-66-NH2及UIO-66-NH2-GR的光电流图；两条曲线分别代表UIO-66-NH2和UIO-66-NH2-GR的数据；各图的横坐标表示时间，纵坐标表示电流；具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明。本专利技术提供一种MOF与石墨烯结合的制备方法，具体为一种基于UIO-66-NH2与石墨烯原位共组装合成高度分散的吸附-光催化复合材料。实施例1：将不同质量的石墨烯溶于事先准备好的N,N一二甲基甲酰胺，将其超声30min，使得石墨烯溶解于溶液中，得到溶液A；再称取一定量的2-氨基-对苯二甲酸溶于溶液A中，超声10min，搅拌5min，得到溶液B；然后再称取一定量的合成MOF所用的前驱体四氯化锆溶于溶液B，超声10min，搅拌5min，得到溶液C；溶液C置于微波中在120℃下进行反应，微波以10℃/min升温，反应40min，结束后得到产物UIO-66-NH2-GR。将上述所得产物离心洗涤得到UIO-66-NH2-GR的复合材料。附图1给出了本案例中实例1所得的UIO-66-NH2，GR及UIO-66-NH2-GR的FESEM图谱。附图2给出了本案例UIO-66-NH2，GR及UIO-66-NH2-GR的XRD图，表明样品具有较好的结晶度。附图3给出了本案例所得的样品的UIO-66-NH2及UIO-66-NH2-GR的UV-vis图，表明复合材料样品具有明显可见光响应。附图4给出了本案例所得的样品的TEM图，表明了UIO-66-NH2在石墨烯上具有较好的分散度。附图5给出了本案例所得样品UIO-66-NH2及UIO-66-NH2-GR的光电流图，表明了UIO-66-NH2-GR比UIO-66--NH2在相同条件下光电流更强，有了明显的提升。实施例2：重复实施例1的操作步骤，不同之处在于微波反应时，升温10min，反应30min，结果和实施例1类似，石墨烯上都较为均匀的分散了UIO-66-NH2。样品的微观结构与实施例1一致，结晶度与实施例1一致，漫反射结果表明复合材料样品具有可见光响应。实施例3：重复实施例1的操作步骤，不同之处在于微波反应时，升温10min，反应35min，结果和实施例1类似，石墨烯上都较为均匀的分散了UIO-66-NH2。样品的微观结构与实施例1一致，结晶度与实施例1一致，漫反射结果表明复合材料样品具有可见光响应。实施例4：重复实施例1的操作步骤，不同之处在于微波反应时，升温10min，反应45min，结果和实施例1类似，石墨烯上都较为均匀的分散了UIO-66-NH2。样品的微观结构与实施例1一致，结晶度与实施例1一致，漫反射结果表明复合材料样品具有可见光响应。实施例5：重本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于UIO‑66‑NH2与石墨烯原位共组装合成吸附‑光催化复合材料，其特征在于，该复合材料经如下步骤制备而成：(1)、称取质量百分比为0.5％～3.0％的石墨烯溶于事先准备好的N,N一二甲基甲酰胺，超声处理，使得石墨烯溶解于溶液中，得到溶液A；(2)、称取2‑氨基‑对苯二甲酸配体溶于溶液A中，超声、搅拌，得到溶液B；(3)、再称取合成MOF所用的前驱体四氯化锆溶于溶液B，超声、搅拌，得到溶液C；其中，步骤(2)中的2‑氨基‑对苯二甲酸配体与步骤(3)中的前驱体四氯化锆所称取的质量比为1：1.3；(4)、将溶液C置于微波中分别反应1～60min得到产物；(5)、将上述所得产物离心洗涤得到UIO‑66‑NH2‑GR的复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种基于UIO-66-NH2与石墨烯原位共组装合成吸附-光催化复合材料，其特征在于，该复合材料经如下步骤制备而成：(1)、称取质量百分比为0.5％～3.0％的石墨烯溶于事先准备好的N,N一二甲基甲酰胺，超声处理，使得石墨烯溶解于溶液中，得到溶液A；(2)、称取2-氨基-对苯二甲酸配体溶于溶液A中，超声、搅拌，得到溶液B；(3)、再称取合成MOF所用的前驱体四氯化锆溶于溶液B，超声、搅拌，得到溶液C；其中，步骤(2)中的2-氨基-对苯二甲酸配体与步骤(3)中的前驱体四氯化锆所称取的质量比为1：1.3；(4)、将溶液C置于微波中分别反应1～60min得到产物；(5)、将上述所得产物离心洗涤得到UIO-66-NH2-GR的复合材料。2.根据权利要求1所述基于UIO-66-NH2与石墨烯原位共组装合成吸附-光催化复合材料，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：李贵生，王筱珺，李茹萍，曹英男，李和兴，
申请(专利权)人：上海师范大学，上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海,31