光催化纳米材料及其制备方法

技术领域

本发明属于CO

背景技术

在全球变暖越来越被广泛关注的同时，CO

但是，光催化材料的稳定性和“光-化学能”转换效率成为一个急待解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种新的光催化纳米材料。

一种光催化纳米材料，包括金属有机框架材料、以及卤化物钙钛矿纳米粒子；所述卤化物钙钛矿纳米粒子内嵌在所述金属有机框架材料的孔道内；

所述金属有机框架材料为金属过渡离子与有机配体形成的多孔性晶体材料；

所述卤化物钙钛矿纳米粒子的带隙从外到内逐渐减小；优选的所述钙钛矿纳米粒子的表层为FAPbBr

上述光催化纳米材料，将卤化物钙钛矿纳米粒子内嵌在在所述金属有机框架材料的孔道内，故而明显改善卤化物钙钛矿纳米粒子的水汽稳定性；所述卤化物钙钛矿纳米粒子的带隙从外到内逐渐减小，可以高效吸收利用不同能量的太阳光，具有较高的“光-化学能”转换效率。

在其中一个具体实施方式中，所述卤化物钙钛矿纳米粒子的化学通式为FAPb(I

在其中一个具体实施方式中，所述过渡金属离子为锌离子, 所述有机配体为卟啉类有机物或咪唑类有机物。

本发明还提供了一种光催化纳米材料的制备方法。

一种光催化纳米材料的制备方法，包括如下步骤：

制备金属有机框架材料MOFs；

在所述金属有机框架材料上加载PbI

将所述第一产物PbI

将所述第二产物FAPbI

上述制备方法，获得的光催化纳米材料，明显改善卤化物钙钛矿纳米粒子的水汽稳定性；可以高效吸收利用不同能量的太阳光，具有较高的“光-化学能”转换效率。

在其中一个具体实施方式中，将所述第二产物与FABr进行离子交换处理的步骤包括：将所述第二产物浸泡在FABr溶液中。

在其中一个具体实施方式中，所述FABr溶液为FABr的异丙醇溶液；所述FABr的浓度为18g/L-22g/L。

在其中一个具体实施方式中，所述浸泡的时长为1-20min。

在其中一个具体实施方式中，所述金属有机框架材料通过水热反应合成。

在其中一个具体实施方式中，在所述金属有机框架材料上加载PbI

在其中一个具体实施方式中，将所述第一产物与FAI反应的步骤包括：将所述第一产物浸泡在FAI溶液中8-12min。

附图说明

图1 为本发明的金属有机框架的结构示意图。

图2为本发明的卤化物钙钛矿纳米粒子的示意图。

图3 为图2中的卤化物钙钛矿钙钛矿纳米粒子的带隙图。

图4 为本发明的光催化纳米材料的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

一种光催化纳米材料，包括金属有机框架材料、以及卤化物钙钛矿纳米粒子；所述卤化物钙钛矿纳米粒子内嵌在所述金属有机框架材料的孔道内；

所述金属有机框架材料为金属过渡离子与有机配体形成的多孔性晶体材料；将可溶性金属盐与咪唑类化合物在有机溶剂中混合反应，得到金属有机框架材料，可溶性金属盐选自可溶性金属卤化物、可溶性金属硝酸盐、可溶性金属醋酸盐与可溶性金属硫酸盐中的一种或多种。

如图1所示，其中11为过渡金属离子，12为有机配体。11和12通过键合形成金属有机框架。

所述卤化物钙钛矿纳米粒子的带隙从外到内逐渐减小；所述钙钛矿纳米粒子的表层为FAPbBr

图2为混合带隙钙钛矿纳米颗粒示意图，在其最外层21中，x=1，即只有Br，没有I；在其内核22处，x=0，即只有I，没有Br。图3为图2中的卤化物钙钛矿钙钛矿纳米粒子的带隙图。21标示的是外层带隙，22标示的是内层带隙。

具体参见图4，图4为本发明光催化纳米材料的分子结构图。卤化物钙钛矿纳米粒子内嵌在所述金属有机框架材料的孔道内；也即金属有机框架材料包裹在卤化物钙钛矿纳米粒子的外面。这样金属有机框架材料将卤化物钙钛矿纳米粒子保护起来，提高其卤化物钙钛矿纳米粒子的水汽稳定性。所述卤化物钙钛矿纳米粒子的带隙从外到内逐渐减小，最表层为纯的FAPbBr

其中，金属有机框架材料，一般简写为MOFs。金属有机框架材料中的金属可以是Re、Co、Fe、Ni、Mn、Mo、W、Ru、Os、Rh、Ir、Pd、Zn、Cr、Cu等。配合物包括但不限于羧基、磷酸基、氨基等基团官能团化的配合物。配合物具体可以是聚吡啶类配合物，卟啉类配合物，咪唑类配合物、硫醇类配合物、氮杂环卡宾配合物或其它形式的配合物。

在其中一个实施方式中，金属有机框架材料中的过渡金属离子为锌离子, 所述有机配体为卟啉类有机物或咪唑类有机物。更优选地，金属有机框架材料为方钠石型甲基咪唑锌（ZIF-8）。

在其中一个具体实施方式中，所述卤化物钙钛矿纳米粒子的化学通式为FAPb(I

上述光催化纳米材料，将卤化物钙钛矿纳米粒子内嵌在在所述金属有机框架材料的孔道内，故而明显改善卤化物钙钛矿纳米粒子的水汽稳定性；所述卤化物钙钛矿纳米粒子的带隙从外到内逐渐减小，可以高效吸收利用不同能量的太阳光，具有较高的“光-化学能”转换效率。

本发明还提供了一种光催化纳米材料的制备方法。

一种光催化纳米材料的制备方法，包括如下步骤：

将可溶性金属盐、金属氧化物纳米片与咪唑类化合物在有机溶剂中混合反应，得到金属有机框架材料MOFs；

在所述金属有机框架材料上加载PbI

将所述第一产物PbI

将所述第二产物FAPbI

其中，将可溶性金属盐、金属氧化物纳米片与咪唑类化合物在有机溶剂中混合反应，得到金属有机框架材料；优选地，所述金属有机框架材料通过水热反应合成。

其中，加载PbI

其中，第一产物与FAI反应的目的是，内嵌在金属有机框架材料的孔道中的PbI

其中，离子交换处理的目的使，内嵌在金属有机框架材料的孔道中的FAPbI

优选地，将所述第二产物与FABr进行离子交换处理的步骤包括：将所述第二产物浸泡在FABr溶液中。

更优选地，所述FABr溶液为FABr的异丙醇溶液；所述FABr的浓度为18g/L-22g/L。

在其中一个具体实施方式中，所述浸泡的时长为10min。

上述制备方法，获得的光催化纳米材料，明显改善卤化物钙钛矿纳米粒子的水汽稳定性；可以高效吸收利用不同能量的太阳光，具有较高的“光-化学能”转换效率。

以下结合具体实施例对本发明作进一步的阐述。

实施例1

合成金属有机框架材料ZIF-8：

将717mg的Zn(NO

去除上层清液后，加入50mL氯仿，得到无色晶体颗粒。将无色晶体颗粒用DMF清洗三次后烘干，得到金属有机框架材料ZIF-8。

制备第一产物：

将金属有机框架材料ZIF-8浸泡在1mmol/L的PbI

制备第二产物：

将第一产物浸泡在10mg/mL的FAI的异丙醇溶液中，10min后，过滤并用异丙醇清洗后烘干，得到第二产物。

合成最终产物：

将第二产物浸泡在20mg/mL的FABr的异丙醇溶液中，10min后，过滤并用异丙醇清洗后烘干，得到光催化纳米材料。

上面对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。