一种含可控晶面的铜基金属有机框架光催化材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种含可控晶面的铜基金属有机框架(Metal

【技术实现步骤摘要】
一种含可控晶面的铜基金属有机框架光催化材料的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及材料学
,更具体地，涉及一种含可控晶面的铜基金属有机框架光催化材料的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]环境中排放的高浓度二氧化碳导致全球变暖,衍生了一系列棘手的问题。为了降低大气中二氧化碳的水平及其相关的有害影响,将二氧化碳转化为增值产品是降低环境中二氧化碳浓度的新兴战略。同时也对“双碳目标”的国家重大战略目标具有重要意义。在各种二氧化碳转化方法中，光催化二氧化碳还原是一条非常有前景的途径。由于光催化中相对较低的多电子转移效率与缓慢的C
‑
C耦合动力学之间存在差距，因此在光催化系统中实现从CO2还原生成C2+烃类(如C2H4)仍然是一个巨大的挑战。研究表明，生产C2H4过程中，铜(Cu)基材料由于CO中间体的适度吸附和促进C
‑
C耦合的优点，成为最合适产多碳的候选材料。

技术实现思路

[0003]本专利技术设计了一种简便的方法来合成[Cu3(BTC)2]，称为HKUST
‑
1(HKUST＝Hong Kong University of Science and Technology)，并研究了CO2还原反应的光催化活性与暴露面之间的关系。通过改变CTAB的浓度，成功合成HKUST
‑
1的{100}、{111}和共暴露的{100}/{111}面。进一步探究不同暴露面与光催化活性之间的紧密联系。
[0004]本专利技术的第一目的在于提供一种通过改变表面活性剂的浓度来调控材料的暴露面。
[0005]该方法采用简单搅拌法，获得不同暴露面的HKUST
‑
1。
[0006]一种含可控晶面的铜基金属有机框架光催化材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]1)将十六烷基三甲基溴化铵分散在去离子水和乙醇的混合溶液中，搅拌5min得到澄清溶液A；
[0008]2)将铜盐分散在去离子水中得到水溶液B；
[0009]3)将均苯三甲酸分散在三乙胺水溶液中超声得到溶液C；
[0010]4)将水溶液B和溶液C先后逐滴加入澄清溶液A中，搅拌后得到蓝色沉淀，将蓝色沉淀使用去离子水和乙醇洗涤离心3次后60℃下干燥5h，得到的蓝色粉末样品即为铜基金属有机框架材料。
[0011]进一步的，所述步骤1)中去离子水和乙醇的体积比为1:1，搅拌时间为1～10min。
[0012]进一步的，所述步骤1)澄清溶液A中十六烷基三甲基溴化铵的浓度为0～10mM。
[0013]进一步的，所述步骤2)中的铜盐选自三水合硝酸铜、无水硝酸铜、六水合硝酸铜、硝酸铜中的一种。
[0014]进一步的，所述步骤4)中水溶液B中的铜盐的浓度和溶液C中的均苯三甲酸的浓度
相等。
[0015]进一步的，所述步骤2)中水溶液B中的铜盐的浓度为0.1M；步骤3)溶液C中的均苯三甲酸的浓度为0.1M。
[0016]进一步的，所述步骤3)中三乙胺水溶液质量分数为3wt％；超声时间为10～60min。
[0017]进一步的，所述步骤4)中加入的的水溶液B和溶液C的体积比为1.5:1；搅拌时间为0.5～2h。
[0018]本专利技术的第二目的在于提供这种HKUST
‑
1光催化材料在光催化
内的应用，
[0019]所述的制备方法制得的铜基金属有机框架光催化材料在光催化领域的应用，该光催化材料通过调控铜基MOFs的形貌、暴露面来光催化将CO2还原为多碳产物；所述多碳产物为C2H4。
[0020]有益效果
[0021]本专利技术通过改变CTAB的浓度制备出的不同晶面的HKUST
‑
1光催化材料具有优异可见光的光催化活性，且制备过程简单、反应条件温和、低成本、绿色无污染且反应过程可控，反应产物可调，该实施方案具有良好的工业化前景。更为重要的是，本专利技术设计通过调控铜基MOFs的形貌、暴露面来光催化还原CO2来提高产多碳的选择性。
附图说明
[0022]图1为制备的光催化材料的XRD图谱。
[0023]图2为制备的光催化材料的SEM图像。
[0024]图3为制备的光催化材料的FT
‑
IR图谱。
[0025]图4为制备的光催化材料的EIS图谱。
[0026]图5为制备的光催化材料的Mott
‑
Schottky图谱。
[0027]图6为制备的光催化材料的XPS图谱。
[0028]图7为制备的光催化材料的XPS Cu 2p图谱。
[0029]图8为制备的光催化材料的XPS O 1s图谱。
[0030]图9为制备的光催化材料的时间分辨荧光衰减图谱。
[0031]图10为制备的光催化材料的UV
‑
vis图谱。
[0032]图11为制备的光催化材料的PL图谱。
[0033]图12为制备的光催化材料的光催化CO2还原性能柱状折线图。
[0034]图13为本专利技术的制备方法流程示意图。
具体实施方式
[0035]下面结合实施案例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施案例，用于说明本专利技术，但不止用来限制本专利技术的范围。
[0036]所述方法如无特别说明均为常规方法。所述材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。
[0037]下述实施案例所得HKUST
‑
1材料的性能评价方法如下：
[0038]HKUST
‑
1材料的物相评价方法:
[0039]粉末X射线衍射(PXRD):将制备的HKUST
‑
1材料在德国Bruker公司D8 Advance系列广角X射线衍射仪分析样品的晶体结构，扫描速度为5
°
/min，扫描范围为5
°
～60
°
。
[0040]傅里叶变换红外光谱(FT
‑
IR):使用KBr圆盘在Bruker Vector 22上记录，范围为400
‑
4000cm
‑1。
[0041]HKUST
‑
1材料的微观形貌评价方法：
[0042]扫描电镜(SEM):将制备的HKUST
‑
1材料在Zeiss_Supra55场发射扫描电镜上测试，加速电压：0.1
‑
30KV。
[0043]HKUST
‑
1材料的光电化学评价方法：
[0044]阻抗(EIS)和莫特肖特基(Mott
‑
Schottky)：将制备好的HKUST
‑
1材料在标准三电极系统中的CHI 730E电化学工作站上进行，以涂有光催化剂的ITO为工作电极，铂片和Ag/AgCl电极分别作为对电极和参比电极。
[0045]X射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含可控晶面的铜基金属有机框架光催化材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将十六烷基三甲基溴化铵分散在去离子水和乙醇的混合溶液中，搅拌5min得到澄清溶液A；2)将铜盐分散在去离子水中得到水溶液B；3)将均苯三甲酸分散在三乙胺水溶液中超声得到溶液C；4)将水溶液B和溶液C先后逐滴加入澄清溶液A中，搅拌后得到蓝色沉淀，将蓝色沉淀使用去离子水和乙醇洗涤离心3次后60℃下干燥5h，得到的蓝色粉末样品即为铜基金属有机框架材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中去离子水和乙醇的体积比为1:1，搅拌时间为1～10min。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)澄清溶液A中十六烷基三甲基溴化铵的浓度为0～10mM。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中的铜盐选自三水合硝酸铜、无水硝酸铜...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭帆，杨梅，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：