一种氮掺杂碳量子点/金属有机框架材料MOF-5光催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种氮掺杂碳量子点/金属有机框架材料MOF

【技术实现步骤摘要】
一种氮掺杂碳量子点/金属有机框架材料MOF
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5光催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于光催化剂制备领域，尤其是一种氮掺杂碳量子点/金属有机框架材料(MOF
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5)光催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]生活中用的自来水中常常含有少量铬，主要来自于冶金、耐火材料、化工、电镀、制革等工业废水。铬在水中以六价和三价两种价态形式出现，六价铬的毒性较强，约为三价铬的100倍，主要以铬酸盐的形式存在，它对大多数生物体都是有毒的，被归类为致癌物和诱变剂。
[0003]半导体光催化剂还原水中Cr(VI)具有明显的优势，例如，低成本、环保、高效、灵活、可行，可直接使用无限、清洁安全的天然太阳能。因此，半导体光催化剂被广泛认为是一种很有前途的处理水中Cr(VI)的方法。
[0004]在众多催化剂中，MOFs是一类由金属离子和有机配体组成的多孔材料，有利于污染物和产物的扩散，使其构成一个理想的催化中心平台，MOFs材料及其复合光催化剂受到了广泛的关注。但是，大多数MOFs材料只能在一定条件下才表现出良好的光催化性能，并且存在电导率低、稳定性差、电子空穴复合快等问题，这些问题限制了MOFs作为光催化剂的潜力。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是在于提供一种氮掺杂碳量子点/金属有机框架材料MOF
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5光催化剂及其制备方法和应用，以提高金属有机框架材料MOF
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5的电导率、稳定性，并减缓/降低金属有机框架材料MOF
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5电子空穴的复合。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]本专利技术公开了一种氮掺杂碳量子点/金属有机框架材料MOF
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5光催化剂的制备方法，在水热法制备金属有机框架材料MOF
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5时，添加氮掺杂碳量子点以扩大金属有机框架材料MOF
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5的光响应区域，实现氮掺杂碳量子点/金属有机框架材料MOF
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5的原位复合，得到一种氮掺杂碳量子点/金属有机框架材料MOF
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5光催化剂。
[0008]优选地，上述方法具体包括以下步骤：
[0009]1)以椰壳为碳源、尿素为氮源，采用水热法制备氮掺杂碳量子点；
[0010]2)将氮掺杂碳量子点加入到Zn(NO3)2·
6H2O和对苯二甲酸的混合液中，采用水热法制备氮掺杂碳量子点/金属有机框架材料MOF
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5光催化剂。
[0011]优选地，步骤1)中，采用水热法制备氮掺杂碳量子点的具体步骤为：
[0012]11)将椰壳与尿素以5:1～1:1的质量比溶于水中，得到澄清溶液；
[0013]12)将澄清溶液转移至反应釜中，130～180℃下反应10h～18h，冷却至室温，将反应液进行分离提纯、冷冻干燥处理，得到氮掺杂碳量子点固体。
[0014]优选地，步骤12)中，分离提纯的方法为：将反应液过滤，滤液用透析袋进行透析处理。
[0015]优选地，步骤2)中，采用水热法制备氮掺杂碳量子点/金属有机框架材料MOF
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5光催化剂的具体步骤为：
[0016]21)将质量比为8:1～2:1硝酸锌和对苯二甲酸混合，加入氮掺杂碳量子点固体，搅拌混合均匀，得到混合液；
[0017]22)将混合液转移至反应釜中，100～150℃下反应10～18h，冷却至室温，将反应液进行分离提纯、真空干燥处理，得到氮掺杂碳量子点/金属有机框架材料MOF
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5光催化剂。
[0018]优选地，步骤21)中，硝酸锌的质量为0.8g，对苯二甲酸的质量为0.1～0.4g。
[0019]优选地，步骤21)中，氮掺杂碳量子点的负载率为0.5％～2.5％。
[0020]优选地，步骤22)中，分离提纯的方法为：将反应液离心处理，用DMF和氯仿清洗沉淀物，将清洗后的沉淀物置于氯仿中浸泡2
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3次后进行过滤，得到固体粉末。
[0021]本专利技术还公开了采用上述的制备方法制备得到的氮掺杂碳量子点/金属有机框架材料MOF
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5光催化剂，氮掺杂碳量子点/金属有机框架材料MOF
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5光催化剂在400
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800nm波长内可以吸收可见光。,
[0022]本专利技术还公开了采用上述的氮掺杂碳量子点/金属有机框架材料MOF
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5光催化剂在光催化降解含铬废水中的应用。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0024]本专利技术公开了一种氮掺杂碳量子点/金属有机框架材料MOF
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5光催化剂的制备方法，在水热法制备金属有机框架材料MOF
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5时，添加氮掺杂碳量子点，通过原位合成方法将氮掺杂碳量子点的官能团和金属有机框架材料MOF
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5的官能团牢固的结合在一起，得到了一种氮掺杂碳量子点/金属有机框架材料MOF
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5光催化剂。氮掺杂碳量子点具有高电荷转移能力和分子氧活化能力，在光的照射下，氮掺杂碳量子点/金属有机框架材料MOF
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5光催化剂中金属有机框架材料MOF
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5受到激发产生电子和空穴，氮掺杂碳量子点作为光激发态半导体产生电子的受体，可以将电子顺利转移，减缓或者抑制金属有机框架材料MOF
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5的电子与空穴复合，提高金属有机框架材料MOF
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5的光催化性能。同时，本申请的氮掺杂碳量子点/金属有机框架材料MOF
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5光催化剂中的
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NH2可以将紫外光吸收转换为可见光吸收，扩大了金属有机框架材料MOFs的光响应区域，增加化学反应的可能性，增强光催化性能。实验结果表明，氮掺杂碳量子点/金属有机框架材料MOF
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5光催化剂的光催化效率是原来的2.5倍。
[0025]进一步地，本专利技术中以天然废弃椰壳为碳源、尿素为氮源，采用水热法制备氮掺杂碳量子点，反应过程中原材料廉价易得，反应条件温和、操作简单，易于工业化。
[0026]进一步地，采用水热法制备氮掺杂碳量子点时，椰壳和尿素的配比为(5:1～1:1)、反应温度为(130～180℃)、反应时间为(10～18h)，使制备的氮掺杂碳量子点具有高电荷转移能力和分子氧活化能力。制备条件的不同，使得最终合成的氮掺杂碳量子点/金属有机框架材料MOF
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5光催化剂呈现出不同的效果，主要原因是光催化效率受到的影响因素较多，需结合光吸收、光生电子与空穴复合速率等因素得到最佳制备条件。
[0027]进一步地，采用水热法制备氮掺杂碳量子点/金属有机框架材料MOF
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5光催化剂时，硝酸锌和对苯二甲酸的质量比为(8:1～2:1),反应温度为(100～150℃)、反应时间为(6本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮掺杂碳量子点/金属有机框架材料MOF
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5光催化剂的制备方法，其特征在于，在水热法制备金属有机框架材料MOF
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5时，添加氮掺杂碳量子点以扩大金属有机框架材料MOF
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5的光响应区域，实现氮掺杂碳量子点/金属有机框架材料MOF
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5的原位复合，得到一种氮掺杂碳量子点/金属有机框架材料MOF
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5光催化剂。2.根据权利要求1所述的一种氮掺杂碳量子点/金属有机框架材料MOF
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5光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)以椰壳为碳源、尿素为氮源，采用水热法制备氮掺杂碳量子点；2)将氮掺杂碳量子点加入到Zn(NO3)2·
6H2O和对苯二甲酸的混合液中，采用水热法制备氮掺杂碳量子点/金属有机框架材料MOF
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5光催化剂。3.根据权利要求2所述的一种氮掺杂碳量子点/金属有机框架材料MOF
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5光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中，采用水热法制备氮掺杂碳量子点的具体步骤为：11)将椰壳与尿素以5:1～1:1的质量比溶于水中，得到澄清溶液；12)将澄清溶液转移至反应釜中，130～180℃下反应10h～18h，冷却至室温，将反应液进行分离提纯、冷冻干燥处理，得到氮掺杂碳量子点固体。4.根据权利要求3所述的一种氮掺杂碳量子点/金属有机框架材料MOF
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5光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤12)中，分离提纯的方法为：将反应液过滤，滤液用透析袋进行透析处理。5.根据权利要求2所述的一种氮掺杂碳量子点/金属有机框架材料MOF
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5光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：强涛涛，秦向涛，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：