一种染料敏化型TiO2@HOFs光促催化剂及制备方法与应用

本发明属于材料科学、环境科学与合成，尤其涉及一种染料敏化型tio2@hofs光促催化剂及制备方法与应用。

背景技术：

1、二氧化钛(tio2)是一种在光催化领域被广泛应用的催化剂，它具有高光催化活性、强氧化性、无腐蚀性、化学稳定性和成本低廉等优点。但tio2也存在带隙大、可见光吸收效率低、水分散性差等问题，这将导致其量子产率降低，光生电子-空穴对的分离效率降低，从而限制其光催化活性。因此，为了提高tio2的光催化性能，人们合成了各种基于tio2的复合材料，对其进行结构和成分的改性，染料敏化是有效的方法之一。

2、有机染料广泛应用于日常生活和工业过程中，由于其毒性和有限的生物降解性，是水污染的普遍来源。大多数染料都是有色的，具有优异的光吸收能力。因此，染料在光降解过程中可以作为光催化剂的增感剂。罗丹明b(rhodamineb,rhb)是一种常见的有机染料，具有吸收可见光的能力，并被激发产生光电子。然而，rhb敏化tio2并没有表现出明显的光催化活性改善。tio2与另一种具有合适能带结构的材料组成，可以调节带隙，促进电荷在rhb和催化剂之间的分离和转移，提高敏化效率。

3、氢键有机骨架(hofs)是由有机结构基元通过分子间氢键连接，构筑而成的晶态多孔材料，又被称为超分子有机骨架(sofs)等，因为其独特的物理化学性质使其在气体储存与分离、质子传导、生物医疗、分子识别、异相催化等领域有了重要进展。然而，柔性和可逆氢键导致hofs材料的稳定性差，限制了其应用。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种染料敏化型tio2@hofs光促催化剂及制备方法与应用。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种染料敏化型tio2@hofs光促催化剂，将hofs材料与tio2按照质量比10-90∶90-10的比例复合。即以总质量100％计，tio2占比10-90％，余量为hofs材料。进一步地，所述hofs材料为hof-tcpb-373纳米片，制备方法包括以下步骤：

4、1)将h4tcpb溶解于有机溶剂，将溶解后的样品放入去离子水中，在密封条件下进行加热处理，得到无色片状晶体；

5、2)将无色片状晶体粉碎研磨后分散于有机溶剂中，得到的混合物在冰水浴中浸泡，静置，得到悬浮液；

6、3)将悬浮液在8000-12000rpm转速下离心10-30min，得到hof-tcpb-373纳米片。

7、进一步地，步骤1)中所述加热处理是指在373k下保持2-10天。

8、进一步地，步骤1)中所述h4tcpb与有机溶剂的用量比为(10-80)mg∶(1-10)ml；所述有机溶剂为dmf。

9、进一步地，步骤2)中所述有机溶剂为乙醇。

10、本发明还提供一种所述的染料敏化型tio2@hofs光促催化剂的制备方法，包括以下步骤：

11、将hofs与tio2分散于去离子水中并超声处理，然后以2500rpm的转速旋涡震动，得到乳白色悬浮液；将乳白色悬浮液在8000-12000rpm转速下离心，将固体样品进行干燥，即得到染料敏化型tio2@hofs光促催化剂。

12、进一步地，所述tio2在体系中的质量百分数为10-90％。优选为20％、40％、60％、80％。

13、本发明还提供一种所述的染料敏化型tio2@hofs光促催化剂在降解废水中罗丹明b中的应用。

14、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

15、hof-tcpb-373是一种高度稳定的hof材料，由于其双氢键和2倍互穿结构，该材料表现出优异的热、水解、酸碱稳定性。本发明将hof-tcpb-373与tio2结合，制成rhb敏化型tio2@hof复合催化剂可有效解决rhb-tio2体系中敏化效率低的问题，具有高效的光敏化、催化活性，在光催化领域具有广阔的应用前景，具体的：(1)hof-tcpb-373具有超薄的纳米片形貌，有利于在颗粒状tio2表面附着形成复合材料和异质结结构；(2)hof-tcpb-373具有光化学活性，有可能与tio2产生协同光催化作用；(3)hof-tcpb-373上含有丰富的羧基可以增强tio2的亲水性，并提供电负性表面促进阳离子型的rhb在催化剂上的吸附，促进催化剂与水溶液中rhb的接触和电荷转移。

技术特征：

1.一种染料敏化型tio2@hofs光促催化剂，其特征在于，将氢键有机骨架材料与tio2按照比例复合，其中，所述tio2质量占比为10-90％。

2.根据权利要求1所述的染料敏化型tio2@hofs光促催化剂，其特征在于，所述氢键有机骨架材料为hof-tcpb-373纳米片，制备方法包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的染料敏化型tio2@hofs光促催化剂，其特征在于，步骤1)中所述加热处理是指在373k下保持2-10天。

4.根据权利要求2所述的染料敏化型tio2@hofs光促催化剂，其特征在于，步骤1)中所述h4tcpb与有机溶剂的用量比为(10-80)mg∶(1-10)ml；所述有机溶剂为dmf。

5.根据权利要求2所述的染料敏化型tio2@hofs光促催化剂，其特征在于，步骤2)中所述有机溶剂为乙醇。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的染料敏化型tio2@hofs光促催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述涡旋震动的速度为2500rpm。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述离心分离的过程具体是在8000-12000rpm下离心10-30分钟。

9.一种如权利要求1-5任一项所述的染料敏化型tio2@hofs光促催化剂在降解废水中罗丹明b中的应用。

技术总结
本发明公开了一种染料敏化型TiO<subgt;2</subgt;@HOFs光促催化剂及制备方法与应用，属于材料科学、环境科学与合成技术领域。本发明将氢键有机骨架材料与TiO<subgt;2</subgt;分散于去离子水中并超声处理，然后进行转速旋涡震动，得到乳白色悬浮液；将乳白色悬浮液离心，得到的固体样品进行干燥，即得到染料敏化型TiO<subgt;2</subgt;@HOFs光促催化剂。本发明将HOF‑TCPB‑373与TiO<subgt;2</subgt;结合，制成RhB敏化型TiO<subgt;2</subgt;@HOF光促催化剂，可有效解决RhB‑TiO<subgt;2</subgt;体系中敏化效率低的问题，具有高效的光敏化、催化活性，在光催化领域具有广阔的应用前景。

技术研发人员：李忠月,张新昕,刘伟
受保护的技术使用者：烟台大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15