一种超薄钛基MOFs纳米片的可见光催化剂的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开一种超薄钛基MOFs纳米片的可见光催化剂的制备方法包括以下步骤：(1)称取2

【技术实现步骤摘要】
一种超薄钛基MOFs纳米片的可见光催化剂的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及一种超薄钛基MOFs纳米片的可见光催化剂的制备方法及应用，属于光催化剂制备


技术介绍

[0002]近年来，金属有机框架材料(MOFs)吸引了人们的广泛关注，MOFs材料在清洁能源生产以及太阳能利用等方面的拥有广泛的应用前景。其中，二维(2D)金属有机框架材料(MOFs)是一类由金属离子或无机簇单元和有机配体之间通过配位键作用形成的配位聚合物。在众多MOFs材料中，NH2‑
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125(Ti)具有诸多优良的性质，例如多孔性和大的比表面积、骨架结构具有多变性和可调控性以及丰富的不抱和金属配位点等。MIL
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125(Ti)以Ti8O8(OH)4‑
(BDC)6基本单元，边缘或角上的八面体钛单元构成的环八聚体，这些八聚体依次与其它12个循环八聚体相结合，形成多孔的三维准立方正方结构，通过将BDC胺功能化(BDC
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NH2)合成NH2‑
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125(Ti)。NH2‑
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125(Ti)是一种棕黄色具有可见光响应的光催化材料，按照前线轨道理论NH2‑
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125(Ti)中的HOMO主要是靠苯环上共轭的π键来构成的，因此配体中苯环上取代基的不同直接影响着MOF中电子的激发。NH2‑
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125(Ti)中氨基(
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NH2)的存在，使其具有可见光吸收响应的同时，其未占用的p电子与苯环中的π键形成了更强的共轭效应，从而产生电子离域，致使光照激发电子所需能量降低，提高了催化的效率。此外，NH2‑
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125(Ti)表面/晶格中存在多种包含氢键、配位键、共价键等多种键的功能位点；体相的NH2‑
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125(Ti)还具有{001}、{110}、{100}和{111}面等不同的晶面结构，以上独特的性质使NH2‑
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125(Ti)成为一种具有较大应用潜力的光催化基础材料。但是，体相材料的可见光响应和光量子利用效率还处于较低的水平，如何修饰改性该材料使其能够发挥其最好的效果是目前光催化材料研究的重点之一。与三维体相材料相比，二维MOFs材料具有比表面积大、活性中心暴露充分等优点，在光催化反应中不仅能够充分地与反应分子化学结合，而且其在光催化动力学中有利于光生载流子快速迁移到表面，能够有效抑制光生电子
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空穴的复合使其成为最具有应用前景的光催化材料之一，也成为构筑，设计和组装性能优异的复合结构光催化材料的基石。
[0003]公开号为CN112316982A的中国专利具体公开了一种制备钛基金属有机框架同源异质结光催化剂的方法，其中公开了采用两步水热法，制备Ti基MOFs同源异质结光催化剂以及NH2‑
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125@NTU
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9异质结光催化剂备，实现具有吸附
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光催化双功能Ti
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MOFs基二维范德华异质结复合材料。但是，上述专利技术公开的复合材料较厚，缺少氧空位，应用受到局限，同时利用钛酸异丙酯作为钛源容易快速分解和蒸发，影响产物产率。
[0004]相关研究表明，与三维体相材料相比，超薄无机二维纳米片由于其独特的二维平面结构、纳米级的厚度通常会具有如下几个特性：
①
大比表面积、活性位增多：超薄二维纳米片的表面原子是充分暴露的，这必然引起比表面积增大；同时，由于催化活性位通常分布在催化剂表面，催化剂比表面积增大、活性位也增多；
②
胶体性质、量子尺寸效应：超薄二维纳米片的厚度仅有几个纳米甚至零点几个纳米，能够充分分散在溶剂中能够形成胶体，并
且纳米级的厚度甚至能够引起材料的能级分裂而出现量子尺寸效应；
③
表面原子新颖的化学特性：由于三维静电场的消失或者在纳米片制备过程中容易出现结构缺陷，纳米片表面原子的配位情况会发生变化而诱导新的化学特性；
④
准分子级别的异相催化反应：二维纳米片表面发生的异相催化反应可以看成准分子与分子的化学反应，为分子水平上认识异相催化反应提供平台。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术所存在的上述问题，本专利技术提供一种超薄钛基MOFs纳米片的可见光催化剂的制备方法，制成反应活性好、稳定性好且氧空位充足的超薄钛基MOFs纳米片，并将其应用在苄胺氧化偶联反应中。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]本专利技术公开一种超薄钛基MOFs纳米片的可见光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)称取2
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氨基对苯二甲酸置于聚乙烯四氟衬里的高压釜中，先向衬中滴加无水N,N
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二甲基甲酰胺，再向衬里加入无水甲醇；
[0009](2)将经过步骤(1)获得的混合液放入电热恒温干燥箱中160℃的条件下晶化反应4天，离心分离后将产物置于烘箱中60℃干燥制得超薄钛基MOFs纳米片前驱物；
[0010](3)将超薄钛基MOFs纳米片前驱物分散在甲醇溶剂里并置于沉积瓶中，向沉积瓶中通入氮气，加入硝酸钯溶液，打开氙灯光照反应，光照反应结束后加入无水乙醇洗涤产物，并将产物置于烘箱中60℃干燥，制得负载有Pb的超薄钛基MOFs纳米片。
[0011]进一步的，所述步骤(1)中无水N,N
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二甲基甲酰胺与无水甲醇的体积比为9:1。
[0012]本专利技术还公开一种根据上述制备方法制得的超薄钛基MOFs纳米片，所述超薄钛基MOFs纳米片的厚度为8～10nm，长度为1.2～1.5μm，宽度为0.8～1.1μm。
[0013]本专利技术还公开一种超薄钛基MOFs纳米片作为非均相光催化剂在光催化苄胺氧化制备亚胺反应中的应用。
[0014]本专利技术的有益效果在于：
[0015]1、本专利技术制得的钛基MOFs纳米片材料厚度为8～10nm，为超薄材料，超薄纳米片的比表面积大于普通纳米片，本专利技术中采用一步合成制备超薄钛基MOFs纳米片前驱物，实验操作方法简单，选择使用二硫化钛作为钛源，不易引入副产物，反应后生成硫化氢气体实现气液分离；利用光沉积还原法在超薄钛基MOFs纳米片前驱物上负载金属Pb制得超薄钛基MOFs纳米片，使得Pb负载在材料表面，在不影响材料超薄的性质，同时提高了超薄钛基MOFs纳米片作为光催化剂的光催化活性和反应稳定性。
[0016]2、本专利技术制得的超薄钛基MOFs纳米片的氧空位多于普通纳米片，将超薄钛基MOFs纳米片作为非均相光催化剂应用在光催化苄胺氧化制备亚胺反应中，有利于氧化偶联反应的进行，具有高效的光催化活性和反应稳定性，其中苄胺的转化率以及得到的产物亚胺的选择性都高达95％以上；且利用本专利技术制得的超薄钛基MOFs纳米片对其它的光催化反应如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超薄钛基MOFs纳米片的可见光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)称取2
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氨基对苯二甲酸置于聚乙烯四氟衬里的高压釜中，先向衬中滴加无水N,N
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二甲基甲酰胺，再向衬里加入无水甲醇；(2)将经过步骤(1)获得的混合液放入电热恒温干燥箱中160℃的条件下晶化反应4天，离心分离后将产物置于烘箱中60℃干燥制得超薄钛基MOFs纳米片前驱物；(3)将超薄钛基MOFs纳米片前驱物分散在甲醇溶剂里并置于沉积瓶中，向沉积瓶中通入氮气，加入硝酸钯溶液，打开氙灯光照反应，光照反应结束后加入无水乙醇...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋玉洁，王宏涛，魏帅，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：