一种基于锆基金属有机框架和Bi4O5I2的复合材料及其应用制造技术

本发明专利技术涉及催化材料技术领域，公开了一种基于锆基金属有机框架和Bi4O5I2的复合材料及其应用，该复合材料是以PCN

【技术实现步骤摘要】
一种基于锆基金属有机框架和Bi4O5I2的复合材料及其应用

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[0001]本专利技术涉及催化材料
，尤其是涉及一种基于锆基金属有机框架和Bi4O5I2的复合材料及其在光催化二氧化碳还原领域中的应用。

技术介绍
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[0002]受环境污染和能源短缺的双重压迫，光催化CO2还原技术引起了人们的广泛关注。低成本光催化材料的开发对于实现有效的太阳能
‑
燃料转换至关重要。
[0003]金属有机框架(MOFs)是有机配体和金属离子或团簇通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙的有机
‑
无机杂化材料。MOFs作为一种新型的固体多孔材料，由于其具有比表面积大、孔隙率高、功能可调控、主客体相互可调、高度稳定等优点，使其在催化、传感及其气体分离和有机小分子的吸附与分离等领域具有潜在的应用价值。
[0004]卟啉因具有良好的光敏性和催化性能，同时具有较好的热稳定性和化学稳定性，已经成为MOFs重要的有机配体之一。卟啉基MOFs不仅能够充分发挥MOFs结构的优异性质，而且能够有效的增强光吸收，增强光稳定性，因此卟啉基MOFs在气体分离、存储、催化、发光与荧光探测领域具有重要的应用背景。
[0005]为了获得光催化氧还原性能更好的光催化剂，将卟啉与MOFs两种材料相结合，从而构建非贵金属光催化剂可具有相互补偿和相互促进的光催化氧还原活性。PCN
‑
222和PCN
‑
223是近年来研究较多的两种具有一维孔道结构的三维卟啉MOFs材料。PCN
‑
222和PCN
‑
223分子自身导电性低，而Bi4O5I2作为一类新型的层状铋系半导体材料，近年来在光催化领域受到广泛的关注。Bi
a
O
b
X
c
晶体为沿c轴方向双层卤素X离子和[Bi2O2]层交替排列的层状结构，在[X
‑
Bi
‑
O
‑
Bi
‑
X]层结构中，铋原子被氧原子和卤素原子所围绕。强的层内共价键作用力与弱的层间范德华相互作用力使得Bi
a
O
b
X
c
半导体材料在结构、电子、光学及机械性能上有着高的各向异性，将材料PCN
‑
222/PCN
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223与具有高导电性的Bi4O5I2结合可以提高材料的导电性，从而提高其光催化性能。
[0006]然而，PCN
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222/PCN
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223和Bi4O5I2的复合材料在光催化CO2还原中的应用尚未见文献报道。

技术实现思路
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[0007]针对现有技术存在的上述技术问题，为了充分利用PCN
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222/PCN
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223和Bi4O5I2材料的特点，本专利技术的目的在于提供一种基于锆基金属有机框架和Bi4O5I2的复合材料及其应用，本专利技术提供了一种新型PCN
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222/PCN
‑
223和Bi4O5I2的复合材料，具有良好的导电性和光催化CO2还原性能。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0009]所述的一种基于锆基金属有机框架和Bi4O5I2的复合材料，所述锆基金属有机框架为PCN
‑
222、PCN
‑
223中的至少一种，将锆基金属有机框架和Bi4O5I2按照1:0.1～0.5的质量比分散于DMF中，在100W功率下超声1～3小时，产物用丙酮洗涤后，于60
‑
80℃干燥10
‑
20h，
即得所述基于锆基金属有机框架和Bi4O5I2的复合材料。
[0010]所述的一种基于锆基金属有机框架和Bi4O5I2的复合材料，所述PCN
‑
222或PCN
‑
223的制备方法包括以下步骤：
[0011]1)将5,10,15,20
‑
(4
‑
羧基苯基)卟啉溶解于DMF中形成溶液；
[0012]2)向溶液中加入甲酸或丙酸和ZrCl4，超声10～20分钟；
[0013]3)将步骤2)的溶液转移至烘箱内，并在110
‑
130℃下反应20
‑
30h，反应结束后，离心得到固体产物；
[0014]4)将产物依次用DMF和丙酮洗涤后，于60
‑
80℃干燥10
‑
20h，即得到产物PCN
‑
222或PCN
‑
223。
[0015]进一步地，步骤1)中5,10,15,20
‑
(4
‑
羧基苯基)卟啉与步骤2)中甲酸或丙酸、以及ZrCl4的质量比为1:100～720:0.6～0.8。
[0016]进一步地，所述Bi4O5I2的制备方法包括以下步骤：
[0017]S1：将KI溶解于甘油中，得到溶液A；
[0018]S2：将Bi(NO3)3·
5H2O溶解于甘油中，得到溶液B；
[0019]S3：在连续搅拌的条件下，将溶液A滴加到溶液B中，混合均匀后，将溶液放入聚四氟乙烯反应釜内，然后转移至烘箱内150～170℃下反应12～20h；
[0020]S4：步骤S3反应结束后，产物依次用乙醇和水洗涤，之后于60
‑
80℃干燥10
‑
20h，得到产物Bi4O5I2。
[0021]本专利技术的基于锆基金属有机框架和Bi4O5I2的复合材料在光催化转化CO2反应生成CO中的应用，其特征在于在光催化反应器中加入所述基于锆基金属有机框架和Bi4O5I2的复合材料以及纯水，所述复合材料在纯水中的浓度为0.2～1.0g/L。将反应器内气氛置换为CO2气体之后，通入CO2至反应器内压力为70～90kPa，反应温度通过冷凝水控制在5℃条件下，然后反应器在300W氙灯下以400～1000rpm的搅拌下照射反应，生成CO产品。
[0022]通过采用上述技术方案，本专利技术提供的PCN
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222/PCN
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223和Bi4O5I2的复合材料具有良好的光吸收性能和导电性，在光催化CO2还原中作为光催化剂，效果较好。
[0023]综上所述，本专利技术的有益效果主要体现在：本专利技术使用PCN
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222/PCN
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223和Bi4O5I2的复合材料作为光催化剂，进行光催化CO2还原。PCN
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222/PCN
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223和Bi4O5I2的复合材料具有优良地吸收光、激发自由电子和光催化性能，并且具有良好的导电性，可以在温和条件下高转化率催化转化CO2，并高选择性生产CO。
附图说明：
[0024]图1本专利技术实施例2获得的PCN
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于锆基金属有机框架和Bi4O5I2的复合材料，其特征在于：所述锆基金属有机框架为PCN
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222、PCN
‑
223中的至少一种，将锆基金属有机框架和Bi4O5I2按照1:0.1～0.5的质量比分散于DMF中，超声1～5小时，产物用丙酮洗涤后，于60
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80℃干燥10
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20h，即得所述基于锆基金属有机框架和Bi4O5I2的复合材料。2.一种基于锆基金属有机框架和Bi4O5I2的复合材料，其特征在于：所述PCN
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222或PCN
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223的制备方法包括以下步骤：1)将5,10,15,20
‑
(4
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羧基苯基)卟啉溶解于DMF中形成溶液；2)向溶液中加入甲酸或丙酸和ZrCl4，超声10～20分钟；3)将步骤2)的溶液转移至烘箱内，并在110
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130℃下反应20
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30h，反应结束后，离心得到固体产物；4)将产物依次用DMF和丙酮洗涤后，于60
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80℃干燥10
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20h，即得到产物PCN
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222或PCN
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223。3.如权利要求1所述的一种基于锆基金属有机框架和Bi4O5I2的复合材料，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：佘远斌，李茜，王可可，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：