一种双核异质金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的制备方法和应用

本发明涉及一种光催化剂的制备方法及应用。

背景技术：

1、传统化石燃料的使用带来了严重的环境污染问题和温室效应。通过光催化技术利用半导体将二氧化碳和甲烷转化成附加值化学品，有望解决上述问题。

2、在过去的几十年中，人们一直试图开发一种高效、廉价且稳定的光催化剂，应用于温室气体的转化。在众多的光催化剂中，单核金属酞菁修饰的钒酸铋z型异质结光催化剂(mpc/bivo4)因其良好的互补吸光能力、电荷的转移和分离，并引入了金属催化位点等优势而备受关注。

3、但是，由于存在金属酞菁的电荷传输能力不足，且对co2吸附、催化和转化能力有限等问题进一步限制了单核金属酞菁/钒酸铋z型异质结光催化剂的活性的提高。此外，对于单核金属酞菁/钒酸铋z型异质结的材料的选择上，往往忽略了材料电荷传输能力等问题，导致光催化性能依旧不理想。

技术实现思路

1、本发明的目的是要解决现有技术制备单核金属酞菁/钒酸铋异质结复合体系电荷传输能力不足，中心金属吸附和催化、转化co2能力有限的问题，而提供一种双核异质金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的制备方法和应用。

2、一种双核异质金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

3、一、制备双核异质金属酞菁纳米片：

4、①、首先将金属源mclx、邻苯二甲腈、1,2,4,5-四氰基苯和催化剂加入到正戊醇中，然后超声和搅拌，得到充分分散的悬浊液；

5、②、将悬浊液转移至油浴锅中，对其进行抽真空后用氩气填充，反复三次；再在氩气保护和温度为140℃～150℃的条件下搅拌反应一段时间，自然冷却至室温，得到反应产物ⅰ；

6、③、将反应产物ⅰ进行离心，去除上层溶液，得到沉淀物质ⅰ；对沉淀物质ⅰ洗涤，再放置酸溶液中搅拌一段时间，得到酸洗后的沉淀物质ⅰ；

7、④、对酸洗后的沉淀物质ⅰ进行离心，除去上层酸液，再依次使用去离子水、甲醇、无水乙醇洗涤，最后通过索氏提取器和丙酮对其进行纯化，得到纯化产物ⅰ；纯化产物ⅰ经冷冻干燥后，得到双核异质金属酞菁纳米片；

8、二、制备双核金属酞菁/钒酸铋复合材料：

9、①、将双核异质金属酞菁纳米片加入到无水乙醇中，超声分散，得到双核异质金属酞菁纳米片的醇溶液；

10、②、将钒酸铋纳米片分散在双核异质金属酞菁纳米片的醇溶液中，超声分散后再在室温下搅拌一段时间，得到反应产物ⅱ；

11、三、水浴蒸干溶液：

12、将反应产物ⅱ置于水浴锅中，蒸干溶液，得到反应产物ⅲ；

13、四、将反应产物ⅲ烘干，得到双核异质金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂。

14、一种双核异质金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂用于光催化还原二氧化碳或光催化甲烷转化成甲醇。

15、本发明的原理：

16、首先，ctab(十六烷基三甲基溴化铵)与bi3+相互作用，自组装形成了bicl4--cta+层状杂化中间体，加入偏钒酸钠后，偏钒酸根与bi3+反应生成钒酸铋前驱体；

17、其次，以金属离子mn+为模板，邻苯二甲腈为反应原料，以1,2,4,5-四氰基苯为中间连接体，在催化剂(1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯)存在的条件下进行四聚环反应，获得双核异质金属酞菁纳米片；

18、最后，利用羟基将双核异质金属酞菁纳米片和钒酸铋诱导组装形成双核异质金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂。

19、本发明的优点：

20、一、本发明制备的双核异质金属酞菁纳米片，可作为钒酸铋基z型异质结体系的还原端材料；

21、二、本发明制备的双核异质金属酞菁纳米片，具有良好的导电性和吸光能力；

22、三、本发明制备的双核异质金属酞菁纳米片具有良好的催化能力；

23、四、本发明制备的双核异质金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂用于光催化还原二氧化碳，每克双核异质金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂光催化还原二氧化碳可生成35微摩～40微摩一氧化碳和2微摩～3微摩甲烷；

24、五、本发明制备的双核异质金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂用于光催化甲烷转化，每克双核异质金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂光催化甲烷转化可生成70微摩～75微摩甲醇；

25、本发明可获得一种双核异质金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂。

技术特征：

1.一种双核异质金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的制备方法，其特征在于所述制备方法具体是按以下步骤完成的：

2.根据权利要求1所述的一种双核异质金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的制备方法，其特征在于步骤一①中所述的金属源mclx为cucl2、nicl2、fecl3或cocl2；步骤一①中所述的催化剂为1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯。

3.根据权利要求1所述的一种双核异质金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的制备方法，其特征在于步骤一①中所述的金属源mclx、邻苯二甲腈、1,2,4,5-四氰基苯和催化剂的质量比为(0.08g～0.16g):(0.22g～0.44g):(0.05g～0.10g):(0.51g～1.02g)；步骤一①中所述的金属源mclx的质量与正戊醇的体积比(0.08g～0.16g):(20ml～40ml)；步骤一①中所述的搅拌的速度为300r/min～400r/min；步骤一①中所述的超声的功率为80w～100w。

4.根据权利要求1所述的一种双核异质金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的制备方法，其特征在于步骤一②中在氩气保护和温度为140℃～150℃的条件下搅拌反应的时间为12h～14h，搅拌反应的速度为300r/min～400r/min；步骤一③中依次使用去离子水和无水乙醇对沉淀物质ⅰ分别洗涤3次～5次；步骤一③中所述的酸溶液为稀盐酸，浓度为1mol/l；步骤一③中放置酸溶液中搅拌的时间为10h～12h。

5.根据权利要求1所述的一种双核异质金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的制备方法，其特征在于步骤二①中所述的双核异质金属酞菁纳米片的质量与无水乙醇的体积比为(0.001g～0.002g):(25ml～50ml)；步骤二①中所述的超声分散的功率为100w～300w，超声分散的时间为30min～40min。

6.根据权利要求1所述的一种双核异质金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的制备方法，其特征在于步骤二②中所述的钒酸铋纳米片的质量与双核异质金属酞菁纳米片的醇溶液的体积比为(0.1g～0.2g):(30ml～60ml)；步骤二②中所述的超声分散的功率为80w～100w，超声分散的时间为30min～40min；步骤二②中所述的搅拌的速度为300r/min～500r/min，搅拌的时间为10h～12h；步骤三中所述的蒸干的温度为60℃～80℃，蒸干的时间为4h～6h；步骤四中所述的烘干的温度为60℃～80℃，烘干的时间为10h～12h。

7.根据权利要求1所述的一种双核异质金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的制备方法，其特征在于步骤二②中所述的钒酸铋纳米片的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

8.根据权利要求7所述的一种双核异质金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的制备方法，其特征在于步骤一中所述的铋源为氯化铋；步骤一中所述的醇溶剂为乙二醇；步骤一中所述的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。

9.根据权利要求7所述的一种双核异质金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的制备方法，其特征在于步骤一中所述的铋源的质量与醇溶剂的体积比为(2.21g～11.05g):(60ml～300ml)；步骤一中所述的表面活性剂的质量与醇溶剂的体积比为(1.05g～5.25g):(30ml～150ml)；步骤一中所述的偏钒酸钠和醇溶剂的质量体积比为(0.86g～4.3g):(60ml～300ml)；步骤一中所述的搅拌速度为300r/min～500r/min；步骤三中所述的烘干的温度为60℃～80℃，烘干的时间为12h～24h；步骤三中所述的煅烧的温度为400℃～450℃，煅烧的时间为8min～12min。

10.如权利要求1所述的制备方法制备的一种双核异质金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的应用，其特征在于一种双核异质金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂用于光催化还原二氧化碳或光催化甲烷转化成甲醇。

技术总结
一种双核异质金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂的制备方法和应用，它涉及一种光催化剂的制备方法及应用。本发明的目的是要解决现有技术制备单核金属酞菁/钒酸铋异质结复合体系电荷传输能力不足，中心金属吸附和催化、转化CO<subgt;2</subgt;能力有限的问题。方法：一、制备双核异质金属酞菁纳米片；二、制备双核金属酞菁/钒酸铋复合材料；三、水浴蒸干溶液；四、烘干，得到双核异质金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂。一种双核异质金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂用于光催化还原二氧化碳或光催化甲烷转化成甲醇。本发明可获得一种双核异质金属酞菁/钒酸铋复合光催化剂。

技术研发人员：井立强,边辑,柳叶,张紫晴
受保护的技术使用者：黑龙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23