一种核壳结构制造技术

本发明专利技术公开了一种核壳结构

【技术实现步骤摘要】
一种核壳结构TiO2@NH2‑
MIL
‑
125光催化剂的制备方法及应用


[0001]本专利技术属于光催化及能源存储转化领域，具体涉及利用太阳能通过半导体材料将
CO2和
CH4两种温室气体转化为高附价值的化工产品
。

技术介绍

[0002]二氧化碳
(CO2)
被认为是温室气体的主要成分，其向大气环境中的过度排放造成了酸雨
、
飓风
、
海平面上升和土地荒漠化等一系列环境问题
。
此外，基于我国的基本国情，在第七十五届联合国大会上提出“中国立争在
2030
年前达到碳峰值，
2060
年前实现碳中和”的“双碳”政策及方针
。
实现“双碳”目标，需以经济社会发展全面绿色转型为引领，以能源绿色低碳发展为关键
。
目前，
CO2的捕集
、
利用与封存技术可实现化石能源的高效利用，是温室气体减排及全球低碳发展的关键技术之一
。
[0003]然而，美中不足的是，上述捕获技术并没有充分利用二氧化碳的潜能
。
幸运的是，利用化工手段将
CO2和
CH4转化为高附价值化学产品的技术引起了研究人员的广泛关注，并为解决能源危机和环境问题提出一种可行的技术方案
。
然而，传统的
CO2和
CH4热催化转化技术存在催化剂容易结焦和失活
、
反应温度高等缺点，严重限制了其在工业上的大规模应用
。
因此，在较低的温度下，如何实现
CO2和
CH4的快速转化引起了人们极大的研究兴趣
。
[0004]近年来，罗潇教授团队开发设计的新型碳氮基复合材料成功地实现了
CO2和
CH4在室温的条件下快速的转化为
CO
和
H2，其中
CO
的产率达到
36
‑
173.8
μ
mol g
‑1(Luo,et al.Green Energy&Environment,2021,6(6):938
‑
951
；
Luo,et al.Catalysis Science&Technology,2022,12(9):2804
‑
2818
；
Huang et al.Journal of Energy Chemistry,2023,83:423
‑
432.)。
将
TiO2分散在
2D C3N4的表面可以增加催化活性位点的数目，同时促进电子与空穴的分离效率
。
无独有偶，尹双凤教授团队采用双活性位点的方法，将
Pd
负载的硼掺杂
C3N4纳米片与
Cu
负载的
C3N4耦合，开发了一种新型的
Cu
‑
CNN/Pd
‑
BDCNN
催化剂
。
结果表明，
Cu
‑
CNN/Pd
‑
BDCNN
催化剂能在连续反应器中快速转化
CO2和
CH4，
CO
和
H2的产率分别为
844.1
和
852.6
μ
mol g
‑1(Zhou et al.Advanced Functional Materials,2023:2214068)。
类似地，
Tahir
等人指出
Ag
‑
C3N4催化剂在
373K
下实现
CO2和
CH4的快速转化
(CO
＝
780
μ
mol g
‑1h
‑1；
H2＝
253
μ
mol g
‑1h
‑1；
B.Tahir et al.Appl.Surf.Sci.493(2019)18
‑
31.)。
令人鼓舞的是，
C3N4基复合材料在光催化
CH4重整领域取得了一定的进展
。
但是，它依然存在光生电子与空穴复合速率快，循环稳定性差等缺点
。
[0005]目前的光催化剂主要存在催化活性位点数目少，光生电子与空穴的分离速率慢，复合速率快等缺点
。
基于能源危机与温室效应等问题日益尖锐的背景下，开发设计出高效稳定的光催化剂具有重大的现实意义与工业需求
。
与此同时，这一任务与新时代的“双碳”目标密不可分，涉及到新能源革命及新型工业技术的革命
。

技术实现思路

[0006]技术问题：开发设计一种核壳结构的
NH2‑
MIL
‑
125
基复合催化剂，提高
NH2‑
MIL
‑
125
材料的吸光度，催化活性位点数目，光生电子与空穴的分离速率，一定程度上抑制电子与空穴的复合速率，进而实现
CO2和
CH4的快速转化，为室温下实现“双碳目标”及“碳资源”的高效利用提供理论指导
。
[0007]技术方案：本专利技术的技术方案是提供一种核壳结构的
TiO2@NH2‑
MIL
‑
125
光催化剂的制备方法及应用
。
所述核壳结构的
NH2‑
MIL
‑
125
基复合光催化剂是将量子点的
TiO2通过物理化学的手段均匀的包裹在
NH2‑
MIL
‑
125(Ti)
材料的表面，其具体的制备方法如下
。
[0008](1)
通常，将
HNO3，乙醇和钛酸四正丁酯溶液放置在烧杯中，混合溶液在室温下均匀搅拌
2min
，然后在
291.15K
的水浴中搅拌
20h。
[0009](2)
将得到的
TiO2量子点液体在室温下蒸发，并在
353.15K
的空气中老化，即可得到
TiO2量子点粉末
。
[0010](3)
将2‑
氨基对苯二甲酸和钛酸四正丁酯加入到含有
N,N
‑
二甲基甲酰胺
(DMF)
和无水甲醇混合溶液的烧杯中，且混合溶液在氮气的气氛中严格搅拌
30
分钟
。
[0011](4)
将上述物质快速的转移到
100mL
水热反应釜中，并在在<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
本发明公开了一种核壳结构
TiO2@NH2‑
MIL
‑
125
光催化剂的制备方法及应用，所述核壳结构型
MOF
基复合催化剂是将量子点
TiO2分散在有机溶剂中通过超声浸渍法均匀地包裹在
MOF
表面或者孔道中，其制备方法包括以下步骤：
(1)
通常，将
HNO3，乙醇和钛酸四正丁酯溶液放置在烧杯中，混合溶液在室温下均匀搅拌
2min
，然后在
291.15K
的水浴中搅拌
20h
；
(2)
将得到的
TiO2量子点液体在室温下蒸发，并在
353.15K
的空气中老化，即可得到
TiO2量子点粉末；
(3)
将2‑
氨基对苯二甲酸和钛酸四正丁酯加入到含有
N,N
‑
二甲基甲酰胺
(DMF)
和无水甲醇混合溶液的烧杯中，且混合溶液在氮气的气氛中严格搅拌
30
分钟；
(4)
将上述物质快速地转移到
100mL
水热反应釜中，并在
423.15K
的空气中加热
72h
；
(5)
将得到的悬浮液经离心机洗涤过滤，分离后的滤饼在索氏萃取器中用甲醇萃取
24h
，去除
MOF
通道中的
DMF
，将得到的亮黄色固体磨成固体粉末，在
353.15K
的真空中干燥
12
小时，即可得到
NH2‑
MIL
‑
125
；
(6)
将
NH2‑

【专利技术属性】
技术研发人员：罗潇，黄玉飞，李子怡，梁志武，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：