光催化纳米材料及其制备方法技术

本发明专利技术提出了一种混合带隙卤化物钙钛矿纳米材料，其包括金属有机框架材料、以及卤化物钙钛矿纳米粒子；所述卤化物钙钛矿纳米粒子内嵌在所述金属有机框架材料的孔道内；所述金属有机框架材料为金属过渡离子与有机配体形成的多孔性晶体材料；所述卤化物钙钛矿纳米粒子的带隙从外到内逐渐减小；所述钙钛矿纳米粒子的表层为FAPbBr

【技术实现步骤摘要】
光催化纳米材料及其制备方法
本专利技术属于CO2光催化
，具体涉及一种光催化纳米材料及其制备方法。
技术介绍
在全球变暖越来越被广泛关注的同时，CO2的减排成为一个热点话，因为它关系到人类生活环境的未来和命运，直接光驱动二氧化碳减排高附加值使用高效催化剂的化学原料或燃料就是其中之一令人着迷的技术。在人工光合作用中过程中，一个至关重要的挑战是设计的高效和低成本催化剂和光敏剂。在这种背景下，一系列半导体纳米晶体作为光敏剂一直被人们追求，因为它们的消光系数大，热力学可灵活调节以及粒子调节下的光学特性大小。卤化物钙钛矿作为一种新型的光电功能材料在太阳能电池、发光二极管、光电探测器和光电催化等诸多领域，都有广泛的研究，取得了显著的研究进展。由于其成本低廉、合成方法简单等诸多优点，钙钛矿在光催化二氧化碳还原领域也具有非常广阔的应用前景。但是，光催化材料的稳定性和“光-化学能”转换效率成为一个急待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种新的光催化纳米材料。一种光催化纳米材料，包括金属有机框架材料、以及卤化物钙钛矿纳米粒子；所述卤化物钙钛矿纳米粒子内嵌在所述金属有机框架材料的孔道内；所述金属有机框架材料为金属过渡离子与有机配体形成的多孔性晶体材料；所述卤化物钙钛矿纳米粒子的带隙从外到内逐渐减小；优选的所述钙钛矿纳米粒子的表层为FAPbBr3，内核处为FAPbI3。上述光催化纳米材料，将卤化物钙钛矿纳米粒子内嵌在在所述金属有机框架材料的孔道内，故而明显改善卤化物钙钛矿纳米粒子的水汽稳定性；所述卤化物钙钛矿纳米粒子的带隙从外到内逐渐减小，可以高效吸收利用不同能量的太阳光，具有较高的“光-化学能”转换效率。在其中一个具体实施方式中，所述卤化物钙钛矿纳米粒子的化学通式为FAPb(I1-xBrx)3，其中，0≤x≤1。在其中一个具体实施方式中，所述过渡金属离子为锌离子,所述有机配体为卟啉类有机物或咪唑类有机物。本专利技术还提供了一种光催化纳米材料的制备方法。一种光催化纳米材料的制备方法，包括如下步骤：制备金属有机框架材料MOFs；在所述金属有机框架材料上加载PbI2，得到第一产物PbI2@MOFs；将所述第一产物PbI2@MOFs；与FAI反应，得到第二产物FAPbI3@MOFs；将所述第二产物FAPbI3@MOFs与FABr进行离子交换处理，得到混合带隙的FAPb(I1-xBrx)3@MOFs钙钛矿纳米材料。上述制备方法，获得的光催化纳米材料，明显改善卤化物钙钛矿纳米粒子的水汽稳定性；可以高效吸收利用不同能量的太阳光，具有较高的“光-化学能”转换效率。在其中一个具体实施方式中，将所述第二产物与FABr进行离子交换处理的步骤包括：将所述第二产物浸泡在FABr溶液中。在其中一个具体实施方式中，所述FABr溶液为FABr的异丙醇溶液；所述FABr的浓度为18g/L-22g/L。在其中一个具体实施方式中，所述浸泡的时长为1-20min。在其中一个具体实施方式中，所述金属有机框架材料通过水热反应合成。在其中一个具体实施方式中，在所述金属有机框架材料上加载PbI2的步骤包括：将所述金属有机框架材料浸泡在PbI2溶液中一个小时以上。在其中一个具体实施方式中，将所述第一产物与FAI反应的步骤包括：将所述第一产物浸泡在FAI溶液中8-12min。附图说明图1为本专利技术的金属有机框架的结构示意图。图2为本专利技术的卤化物钙钛矿纳米粒子的示意图。图3为图2中的卤化物钙钛矿钙钛矿纳米粒子的带隙图。图4为本专利技术的光催化纳米材料的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。一种光催化纳米材料，包括金属有机框架材料、以及卤化物钙钛矿纳米粒子；所述卤化物钙钛矿纳米粒子内嵌在所述金属有机框架材料的孔道内；所述金属有机框架材料为金属过渡离子与有机配体形成的多孔性晶体材料；将可溶性金属盐与咪唑类化合物在有机溶剂中混合反应，得到金属有机框架材料，可溶性金属盐选自可溶性金属卤化物、可溶性金属硝酸盐、可溶性金属醋酸盐与可溶性金属硫酸盐中的一种或多种。如图1所示，其中11为过渡金属离子，12为有机配体。11和12通过键合形成金属有机框架。所述卤化物钙钛矿纳米粒子的带隙从外到内逐渐减小；所述钙钛矿纳米粒子的表层为FAPbBr3，内核处为FAPbI3。图2为混合带隙钙钛矿纳米颗粒示意图，在其最外层21中，x=1，即只有Br，没有I；在其内核22处，x=0，即只有I，没有Br。图3为图2中的卤化物钙钛矿钙钛矿纳米粒子的带隙图。21标示的是外层带隙，22标示的是内层带隙。具体参见图4，图4为本专利技术光催化纳米材料的分子结构图。卤化物钙钛矿纳米粒子内嵌在所述金属有机框架材料的孔道内；也即金属有机框架材料包裹在卤化物钙钛矿纳米粒子的外面。这样金属有机框架材料将卤化物钙钛矿纳米粒子保护起来，提高其卤化物钙钛矿纳米粒子的水汽稳定性。所述卤化物钙钛矿纳米粒子的带隙从外到内逐渐减小，最表层为纯的FAPbBr3，带隙可达到2.3eV，最内核处为FAPbI3，带隙为1.48eV。该混合带隙FAPbI1-xBrx@ZIF-8纳米材料可吸收更多能量范围内的太阳光其中，金属有机框架材料，一般简写为MOFs。金属有机框架材料中的金属可以是Re、Co、Fe、Ni、Mn、Mo、W、Ru、Os、Rh、Ir、Pd、Zn、Cr、Cu等。配合物包括但不限于羧基、磷酸基、氨基等基团官能团化的配合物。配合物具体可以是聚吡啶类配合物，卟啉类配合物，咪唑类配合物、硫醇类配合物、氮杂环卡宾配合物或其它形式的配合物。在其中一个实施方式中，金属有机框架材料中的过渡金属离子为锌离子,所述有机配体为卟啉类有机物或咪唑类有机物。更优选地，金属有机框架材料为方钠石型甲基咪唑锌（ZIF-8）。在其中一个具体实施方式中，所述卤化物钙钛矿纳米粒子的化学通式为FAPb(I1-xBrx)3，其中，0≤x≤1。随着不同位置，不同的x取值，卤化物的钙钛矿的带隙逐渐变化，从而可以吸收不同波长段的光，具有较高的“光-化学能”转换效率。上述光催化纳米材料，将卤化物钙钛矿纳米粒子内嵌在在所述金属有机框架材料的孔道内，故而明显改善卤化物钙钛矿纳米粒子的水汽稳定性；所述卤化物钙钛矿纳米粒子的带隙从外到内逐渐减小，可以高效吸收利用不同能量的太阳光，具有较高的“光-化学能”本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光催化纳米材料，其特征在于，包括金属有机框架材料、以及卤化物钙钛矿纳米粒子；所述卤化物钙钛矿纳米粒子内嵌在所述金属有机框架材料的孔道内；/n所述金属有机框架材料为金属过渡离子与有机配体形成的多孔性晶体材料；/n所述卤化物钙钛矿纳米粒子的带隙从外到内逐渐减小；/n所述卤化物钙钛矿纳米粒子的化学通式为FAPb(I

【技术特征摘要】
1.一种光催化纳米材料，其特征在于，包括金属有机框架材料、以及卤化物钙钛矿纳米粒子；所述卤化物钙钛矿纳米粒子内嵌在所述金属有机框架材料的孔道内；
所述金属有机框架材料为金属过渡离子与有机配体形成的多孔性晶体材料；
所述卤化物钙钛矿纳米粒子的带隙从外到内逐渐减小；
所述卤化物钙钛矿纳米粒子的化学通式为FAPb(I1-xBrx)3，其中，0≤x≤1;
所述卤化物钙钛矿纳米粒子的带隙范围为1.48eV-2.3eV。


2.根据权利要求1所述的光催化纳米材料，其特征在于，所述钙钛矿纳米粒子的表层为FAPbBr3，内核处为FAPbI3。


3.根据权利要求1所述的光催化纳米材料，其特征在于，所述过渡金属离子为锌离子、铁离子、铜离子、钴离子中的一种，所述有机配体为卟啉类有机物或咪唑类有机物。


4.根据权利要求1所述的光催化纳米材料，其特征在于，所述金属有机框架材料为ZIF-8。


5.一种光催化纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
制备金属有机框架材料；...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘琪瑶，李艳蔷，李玉华，
申请(专利权)人：北京思践通科技发展有限公司，湖北大学，
类型：发明
国别省市：北京;11