本发明专利技术公开了一种Cu2O/COFs核壳立方块光催化剂及其制备方法和应用，属于光催化领域。本发明专利技术将Cu2O立方块与氨基有机配体混合，利用氨基与铜之间的相互作用力，使氨基有机配体锚定在Cu2O立方块表面；然后，加入醛基有机配体和催化剂进行反应，使氨基有机配体和醛基有机配体在Cu2O立方块表面发生席夫碱反应，得到所述Cu2O/COFs核壳立方块光催化剂。本发明专利技术通过预沉积法制备的Cu2O/COFs核壳立方块光催化剂制备工艺简单，具有壳厚度可控、光催化活性高和抗光腐蚀性等优点。和抗光腐蚀性等优点。
【技术实现步骤摘要】
一种Cu2O/COFs核壳立方块光催化剂及其制备方法和应用
[0001]本专利技术涉及光催化领域，具体涉及的是一种Cu2O/COFs核壳立方块光催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
[0002]化石能源的不断消耗导致了严峻的能源危机和环境问题。氢气由于具有高能量密度(142MJ/kg)且不受地域和时间限制被视为替代化石能源的理想能源。光催化产氢技术直接将可持续的太阳能转化为清洁的氢能，是解决能源危机和环境问题的理性途径。发展新型高性能光催化剂是光催化产氢走向实际应用的重要前提。
[0003]金属氧化物由于具有价格低廉、可调带隙、优异的吸光性能和光生载流子性质等优势被广泛应用于光催化产氢研究。然而，金属氧化物(例如Cu2O)自身严重的光生载流子复合导致其光催化活性较差。另外，在催化过程中催化剂的光腐蚀也会导致其稳定性降低。尽管目前发展了诸多金属氧化物异质结半导体材料显著提高了金属氧化物催化活性，但是催化剂光腐蚀问题难以有效解决。
[0004]二维共价有机框架材料(COFs)是由共价键连接的有序多孔晶体。近些年被广泛的研究并应用于光催化、电催化、气体分离、电子器件等领域。其中，以席夫碱为代表的COFs材料具有宽泛的光吸收性能、高共轭性、耐腐蚀性、结构可调、带隙可控等优势在光催化领域展现出应用潜力。因此，构筑金属氧化物与COFs异质结不仅会促进光生载流子分离，还会有效抑制催化剂光腐蚀，这对于发展新型高性能光催化剂具有重要意义。
技术实现思路
[0005]基于目前Cu2O光催化产氢面临的低催化活性和易光腐蚀的短板，本专利技术提供了一种Cu2O/COFs核壳立方块光催化剂及其制备方法和应用，该Cu2O/COFs核壳立方块光催化剂的光催化活性高，并且具有优异的抗光腐蚀性能。
[0006]本专利技术首先提供了一种Cu2O/COFs核壳立方块光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0007]将Cu2O立方块与氨基有机配体混合，利用氨基与铜之间的相互作用力，使氨基有机配体锚定在Cu2O立方块表面；然后，加入醛基有机配体和催化剂进行反应，使氨基有机配体和醛基有机配体在Cu2O立方块表面发生席夫碱反应，得到所述Cu2O/COFs核壳立方块光催化剂。
[0008]上述的制备方法具体包括如下步骤：
[0009]1)将Cu2O立方块与氨基有机配体分散到正丁醇和邻二氯苯混合溶液中；
[0010]2)将步骤1)的溶液和醛基有机配体以及催化剂混合，进行席夫碱反应，得到所述Cu2O/COFs核壳立方块光催化剂。
[0011]上述的制备方法中，所述氨基有机配体为1,3,6,8
‑
四
‑
(对胺基苯基)
‑
芘、5,10,15,20
‑
四(4
‑
氨基苯)
‑
21H,23H
‑
卟啉、1,3,5
‑
三(4
‑
氨基苯基)苯和2,4,6
‑
三(4
‑
氨基苯基)
‑
1,3,5
‑
三嗪中的至少一种；
[0012]所述醛基有机配体为对苯二甲醛、2,5
‑
二羟基对苯二甲醛、2,3,5,6
‑
四氟对二苯甲醛和2,5
‑
二甲氧基苯
‑
1,4
‑
二甲醛中的至少一种；具体可为对苯二甲醛；
[0013]所述催化剂为对苯甲磺酸和醋酸中的至少一种；具体可为对苯甲磺酸；
[0014]所述氨基有机配体和所述Cu2O立方块的质量比为0.1～1:1；具体可为0.1～0.5:1；更具体可为0.1:1、0.2:1、0.3:1、0.4:1、0.5:1或0.48:1。
[0015]所述醛基有机配体和所述氨基有机配体的质量比为0.5～3:2；具体可为1:2或0.8:2；
[0016]所述催化剂与所述氨基有机配体的质量比为0.04～2:1；具体可为0.1:1、0.07:1、0.05:1或0.04:1。
[0017]上述的制备方法中，所述席夫碱反应的温度为50℃～150℃；优选为100～120℃。
[0018]上述制备方法中，所述席夫碱反应的时间为0.5h
‑
100h；优选为24h～100h；
[0019]所述席夫碱反应在真空封管中进行。
[0020]上述的制备方法中，所述正丁醇和邻二氯苯混合溶液中正丁醇和邻二氯苯的体积比为0.5～2:1；具体可为1:1。
[0021]上述的制备方法，步骤1)中还包括将Cu2O立方块与氨基有机配体分散到正丁醇和邻二氯苯混合溶液中后依次进行超声和搅拌的步骤；
[0022]具体的，所述超声的时间为10min～50min，所述超声的频率为50Hz～100Hz；
[0023]具体的，所述搅拌的时间为10min～100min，所述搅拌的转速为50rpm～300rpm；
[0024]上述超声和搅拌的目的是使得样品分散均匀，其具体条件对于所得产物结构以及催化效果影响较小。
[0025]步骤2)中所述席夫碱反应后有离心分离得到样品，洗涤样品和干燥的步骤；
[0026]具体的，所述洗涤样品采用四氢呋喃；洗涤的次数为3～5次；
[0027]具体的，所述干燥的条件为90℃下干燥2h～10h。
[0028]上述的制备方法中，步骤2)的具体操作包括在步骤1)的溶液中加入醛基有机配体，超声，然后加入催化剂进行席夫碱反应，得到所述Cu2O/COFs核壳立方块光催化剂；
[0029]具体的，所述超声的时间为10min～50min，超声的频率为50Hz～100Hz。
[0030]步骤2)中的超声也是为了使得样品分散均匀，其超声的频率和时间对光催化剂的结构和催化效果影响较小。
[0031]上述的制备方法中，所述Cu2O立方块的制备方法为本领域技术人员已知的常规方法，具体包括如下步骤：将CuSO4·
5H2O、柠檬酸钠和水混合，然后加入NaOH溶液和L
‑
抗坏血酸溶液，搅拌、陈化后得到所述Cu2O立方块。
[0032]本专利技术还提供了上述制备方法制备得到的Cu2O/COFs核壳立方块光催化剂。
[0033]所述Cu2O/COFs核壳立方块光催化剂的COFs壳厚度为8～30nm；具体可为9.8nm、16.6nm、20.2nm、24.7nm或29.6nm。
[0034]上述Cu2O/COFs核壳立方块光催化剂在光催化产氢反应中的应用也属于本专利技术的保护范围。
[0035]本专利技术制备得到的Cu2O/COFs核壳立方块光催化剂在甲醇水溶液中能表现出12.5mmol h
‑1g
‑1的产氢速率。
[0036]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0037]本专利技术通过预沉积法制备的Cu2O/COFs核壳立方块光催化本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种Cu2O/COFs核壳立方块光催化剂的制备方法，包括如下步骤：将Cu2O立方块与氨基有机配体混合，利用氨基与铜之间的相互作用力，使氨基有机配体锚定在Cu2O立方块表面；然后，加入醛基有机配体和催化剂进行反应，使氨基有机配体和醛基有机配体在Cu2O立方块表面发生席夫碱反应，得到所述Cu2O/COFs核壳立方块光催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：1)将Cu2O立方块与氨基有机配体分散到正丁醇和邻二氯苯混合溶液中；2)将步骤1)的溶液和醛基有机配体以及催化剂混合，进行席夫碱反应，得到所述Cu2O/COFs核壳立方块光催化剂。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述氨基有机配体为1,3,6,8
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四
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(对胺基苯基)
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芘、5,10,15,20
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四(4
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氨基苯)
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21H,23H
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卟啉、1,3,5
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三(4
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氨基苯基)苯和2,4,6
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三(4
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氨基苯基)
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1,3,5
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三嗪中的至少一种；所述醛基有机配体为对苯二甲醛、2,5
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二羟基对苯二甲醛、2,3,5,6
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四氟对二苯甲醛和2,5
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二甲氧基苯
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1,4
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二甲醛中的至少一种；所述催化剂为对苯甲磺酸和醋酸中的至少一种；所述氨基有机配体和所述Cu2O立方块的质量比为0.1～1:1；所述醛基有机配体和所述氨基有机配...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭少军，刘友星，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：
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