一种功能配体表面修饰的钙钛矿纳米晶光催化剂、制备方法及其在二氧化碳光催化还原中的应用技术

技术编号：40204421 阅读：6 留言：0更新日期：2024-02-02 22:16

本发明专利技术属于多相催化剂材料制备技术领域，公开了一种功能配体表面修饰的钙钛矿纳米晶光催化剂、制备方法及其在二氧化碳光催化还原中的应用，功能配体修饰的钙钛矿纳米晶光催化剂由CsPbBr<subgt;3</subgt;和FCA构成，并以量子点形式存在；功能配体修饰的钙钛矿纳米晶光催化剂中的CsPbBr<subgt;3</subgt;经过二茂铁甲酸功能配体表面修饰并以量子点形态存在，具有CsPbBr<subgt;3</subgt;钙钛矿量子点的基本特性。本发明专利技术引入酸辅助二茂铁甲酸配体交换工艺，经过该工艺处理获得的CsPbBr<subgt;3</subgt;‑FCA光催化剂，相比于没有配体处理获得的纯相CsPbBr<subgt;3</subgt;催化剂，其CO<subgt;2</subgt;还原活性提高了约9倍，为钙钛矿纳米晶体复合材料的合成及其在光催化的应用中提供了新的研究视角。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于钙钛矿量子点光催化剂材料制备，尤其涉及一种功能配体表面修饰的钙钛矿纳米晶光催化剂、制备方法及其在二氧化碳光催化还原中的应用。

技术介绍

1、近年来，随着纳米材料技术的快速发展，催化技术的研究模式已经完成从简单材料设计合成向精准表界面调控发展。通过精确调控表界面参数，可以有效促进催化性能的提升。钙钛矿纳米晶体(ncs)有天然表面配体包裹，具有高度动态的表面配位环境，通过对其表面进行调控，可以解决其原有的不稳定的配体覆盖、整体稳定性以及由于受限的载流子动力学带来的催化性能低等问题。

2、配体是ncs催化剂中不可忽视的重要组成部分。在ncs的制备过程中，不可避免地会使用到各种各样的表面配体，如油胺、油酸等。其利用配位作用键合至材料表面，并通过静电排斥、空间位阻等途径，实现ncs的表面钝化，从而控制其尺寸大小并保证其稳定性。而传统的长链配体虽然可以保证ncs一定的稳定性，但也由于绝缘配体覆盖其表面活性位点，在表面形成表面势垒阻碍电子传递而大大限制其催化性能。

3、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：ncs表面覆盖的传统绝缘长链配体占据其表面活性位点而限制其催化活性。表界面调控是解决ncs催化现存的上述问题的发展趋势，但由于现有催化研究对ncs表面微环境的忽视而使ncs催化剂的发展与应用遇到瓶颈。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种功能配体表面修饰的钙钛矿纳米晶光催化剂、制备方法及其在二氧化碳光催化还原中的应用。

2、本专利技术采用如下技术方案：

3、一种功能配体表面修饰的钙钛矿纳米晶光催化剂，所述功能配体表面修饰的钙钛矿纳米晶光催化剂由cspbbr3和fca构成并以量子点形式存在。

4、进一步地，所述功能配体表面修饰的钙钛矿纳米晶光催化剂的cspbbr3经过二茂铁甲酸功能配体修饰并以量子点形态存在，具有cspbbr3钙钛矿量子点的基本特性。

5、本专利技术还提供一种功能配体表面修饰的钙钛矿纳米晶光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

6、步骤一，将含cs可溶性盐，含pb可溶性盐分别溶于有机溶剂，在真空下加热使得所有盐完全溶解；

7、步骤二，在保护气下，将含cs前驱液和含pb前驱液加热混合反应，通过冰浴迅速降温，混合反应终止；

8、步骤三，将反应完成后的溶液离心，取沉淀分散在正己烷中，获得纯相cspbbr3正己烷溶液；

9、步骤四，将纯相cspbbr3正己烷溶液和二茂铁甲酸溶液混合均匀，得到二茂铁甲酸功能配体表面修饰的cspbbr3正己烷溶液；

10、步骤五，将反应完成后的溶液分装到离心管中，通过高速离心使溶液沉淀，去除上清液；将沉淀放入真空烘箱中真空干燥，得经过二茂铁甲酸功能配体表面修饰的cspbbr3纳米晶光催化剂。

11、进一步地，步骤一中的含cs可溶性盐为碳酸铯；所述含pb可溶性盐为溴化铅；所述含cs可溶性盐溶于的有机溶剂为十八烯和油酸的混合物；所述含pb可溶性盐溶于的有机溶剂为十八烯、油胺和油酸混合物。

12、进一步地，所述十八烯和油酸的比例为8:1，所述十八烯、油胺和油酸的比例为10:1:1。

13、进一步地，步骤一中的加热温度为150℃，保温1h，使得所有盐充分完全溶解。

14、进一步地，步骤二中的保护气体为氩气、氦气或氮气中的任意一种；所述加热温度为150℃；混合的含cs前驱液和含pb前驱液摩尔比为1.2:10。

15、进一步地，步骤四中的二茂铁甲酸溶液为用正己烷稀释的33％wt ac的氢溴酸和二茂铁甲酸的混合溶液，所述cspbbr3正己烷溶液和二茂铁甲酸溶液的体积比为5:1。

16、进一步地，步骤五中的高速离心速度为10000rmp，离心时间为5min；所述真空烘箱置于通风处中，烘干温度为60℃，烘干处理时间为12h。

17、本专利技术还提供一种功能配体表面修饰的钙钛矿纳米晶光催化剂在co2光催化还原中的应用。

18、与现有技术相比，本专利技术具有以下技术优势：

19、(1)本专利技术为解决钙钛矿纳米晶在光催化领域ncs表面传统长链配体带来的催化效果和稳定差等问题，提供了一种二茂铁甲酸功能配体表面修饰的钙钛矿纳米晶光催化剂的制备方法并将该催化剂应用于co2光催化还原。本方法旨在提出一种二茂铁甲酸功能配体表面修饰的钙钛矿纳米晶光催化剂合成工艺，并实现cspbbr3催化性能的提升，最终用来替换现阶段普通工艺合成的钙钛矿纳米晶光催化剂。

20、本专利技术提供了一种二茂铁甲酸功能配体表面修饰的钙钛矿纳米晶光催化剂及其制备方法，其中cspbbr3由热注射法合成，功能配体为二茂铁甲酸。本专利技术的催化剂应用于光催化co2资源化。相对于其他专利所报道的钙钛矿系光催化材料而言，本专利技术引入二茂铁甲酸功能配体的酸辅助配体交换工艺，经过二茂铁甲酸功能配体修饰的cspbbr3-fca纳米晶光催化剂，相比于没有前处理获得的cspbbr3纳米晶催化剂，其co2光催化还原活性提高了约9倍，并且本专利技术的制备方法条件温和，操作简单，从ncs表面环境出发，为钙钛矿纳米晶催化剂的合成及其在光催化的应用中提供了新的研究视角。

21、(2)本专利技术为解决钙钛矿纳米晶表面传统配体带来的载流子动力学受限，催化活性差的问题，合成了一种二茂铁甲酸功能配体表面修饰的钙钛矿纳米晶光催化材料，该材料合成简单，提高了激子解离效率和载流子利用率，增强了co2光催化还原资源化性能。

22、与传统配体结合成钙钛矿量子点相比，本专利技术通过引入二茂铁甲酸功能配体的酸辅助配体交换工艺，调控其表面微环境，使得钙钛矿量子点材料具有广泛的应用前景，同时为钙钛矿纳米晶的合成及其在光催化的应用中提供了新的研究视角。

23、(3)本专利技术填补了现有ncs光催化剂研究中对ncs表面微环境调控技术的空白。在ncs催化剂中引入功能配体的酸辅助配体交换工艺，对ncs表面配体环境进行调控，而获得催化活性更高的ncs催化剂，并将其应用于光催化co2资源化。

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【技术保护点】

1.一种功能配体表面修饰的钙钛矿纳米晶光催化剂，其特征在于，所述功能配体表面修饰的钙钛矿纳米晶光催化剂由CsPbBr3和FCA构成并以量子点形式存在。

2.如权利要求1所述的功能配体表面修饰的钙钛矿纳米晶光催化剂，其特征在于，所述功能配体表面修饰的钙钛矿纳米晶光催化剂的CsPbBr3经过二茂铁甲酸功能配体修饰并以量子点形态存在，具有CsPbBr3钙钛矿量子点的基本特性。

3.一种如权利要求1或2所述的功能配体表面修饰的钙钛矿纳米晶光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

4.如权利要求3所述的功能配体表面修饰的钙钛矿纳米晶光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一中的含Cs可溶性盐为碳酸铯；所述含Pb可溶性盐为溴化铅；所述含Cs可溶性盐溶于的有机溶剂为十八烯和油酸的混合物；所述含Pb可溶性盐溶于的有机溶剂为十八烯、油胺和油酸混合物。

5.如权利要求4所述的功能配体表面修饰的钙钛矿纳米晶光催化剂的制备方法，其特征在于，所述十八烯和油酸的比例为8:1，所述十八烯、油胺和油酸的比例为10:1:1。

6.如权利要求3所述的功能配体表面修饰

7.如权利要求3所述的功能配体表面修饰的钙钛矿纳米晶光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤二中的保护气体为氩气、氦气或氮气中的任意一种；所述加热温度为150℃；混合的含Cs前驱液和含Pb前驱液摩尔比为1.2:10。

8.如权利要求3所述的功能配体表面修饰的钙钛矿纳米晶光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤四中的二茂铁甲酸溶液为用正己烷稀释的33％wt Ac的氢溴酸和二茂铁甲酸的混合溶液，所述CsPbBr3正己烷溶液和二茂铁甲酸溶液的体积比为5:1。

9.如权利要求3所述的功能配体表面修饰的钙钛矿纳米晶光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤五中的高速离心速度为10000rmp，离心时间为5min；所述真空烘箱置于通风处中，烘干温度为60℃，烘干处理时间为12h。

10.一种如权利要求3-9任意一项所述方法制备的功能配体表面修饰的钙钛矿纳米晶光催化剂在CO2光催化还原中的应用。

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【技术特征摘要】

1.一种功能配体表面修饰的钙钛矿纳米晶光催化剂，其特征在于，所述功能配体表面修饰的钙钛矿纳米晶光催化剂由cspbbr3和fca构成并以量子点形式存在。

2.如权利要求1所述的功能配体表面修饰的钙钛矿纳米晶光催化剂，其特征在于，所述功能配体表面修饰的钙钛矿纳米晶光催化剂的cspbbr3经过二茂铁甲酸功能配体修饰并以量子点形态存在，具有cspbbr3钙钛矿量子点的基本特性。

3.一种如权利要求1或2所述的功能配体表面修饰的钙钛矿纳米晶光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

4.如权利要求3所述的功能配体表面修饰的钙钛矿纳米晶光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一中的含cs可溶性盐为碳酸铯；所述含pb可溶性盐为溴化铅；所述含cs可溶性盐溶于的有机溶剂为十八烯和油酸的混合物；所述含pb可溶性盐溶于的有机溶剂为十八烯、油胺和油酸混合物。

6.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛剑平，杜晨宇，何烨，孙艳娟，董帆，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：

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