一种ZIF-8/AgBr/TiO2异质结复合光催化材料及制备方法

本发明涉及光催化材料领域，具体涉及一种zif-8/agbr/tio2异质结复合光催化材料及制备方法。

背景技术：

1、作为关键的多功能材料，ag基半导体光催化剂具有合适的带隙，并且可以充分利用太阳能。迄今为止，具有高可见光响应的agbr已被认为是优异的光催化剂。然而，agbr本身很少用作催化剂，因为其光吸收能力差且光生电子-空穴对易复合。为了提高agbr的光催化活性，选择合适的半导体与其耦合形成异质结是一种提高光催化性能的有效技术之一，研究表明tio2是合成具有更高光催化活性的半导体异质结的良好候选物。

2、公开号为cn104607214b的发明专利公开了一种可见光响应的agbr/tio2催化剂的制备方法，以钛酸酯、无水乙醇、ctab、硝酸银、去离子水为原料，先将钛酸酯与无水乙醇混合，再将ctab与硝酸银的混合水溶液滴加到钛酸酯溶液中，混合均匀后进行水热反应，将水热反应得到的产物分别用去离子水与乙醇离心洗涤后干燥，最后焙烧，得到agbr/tio2催化剂。采用该方法制备的光催化剂，其制备方法简单，然而，制备得到的agbr/tio2光催化剂对罗丹明b进行光催化降解120min后，降解率在29.3％～73.2％之间，可见，agbr/tio2催化剂的催化效率以及响应速率仍然有待提高。

技术实现思路

1、为了提高光催化剂的催化效率以及响应速率，本申请提供一种zif-8/agbr/tio2异质结复合光催化材料及制备方法。

2、第一方面，本发明提供一种zif-8/agbr/tio2异质结复合光催化材料的制备方法，采用如下的技术方案实现：

3、一种zif-8/agbr/tio2异质结复合光催化材料的制备方法，包括以下步骤：

4、制备tio2纳米片：将钛酸四丁酯和氢氟酸混合后，进行水热反应，反应结束后，将沉淀物进行清洗干燥，制备得到tio2纳米片；

5、制备zif-8纳米颗粒：将六水合硝酸锌溶解在甲醇中得到溶液a，将2-甲基咪唑溶解在甲醇中得到溶液b，然后将溶液a和溶液b混合后进行搅拌反应，反应结束后，沉淀，离心收集沉淀物，将沉淀物进行清洗干燥，制备得到zif-8纳米颗粒；

6、制备zif-8/agbr/tio2异质结复合光催化材料：取制备得到的tio2纳米片分散至agno3溶液中，加入kbr溶液，进行反应，再加入制备得到的zif-8纳米颗粒，反应结束后，将沉淀物进行清洗干燥，制备得到zif-8/agbr/tio2异质结复合光催化材料。

7、可选的，制备tio2纳米片的步骤中，钛酸四丁酯和氢氟酸的体积比为10～40ml：1～5ml，水热反应的温度为160～200℃，时间为20～28h。

8、可选的，制备得到的tio2纳米片的厚度为5～15纳米，粒径为50～100纳米。

9、可选的，制备zif-8纳米颗粒的步骤中，溶液a中六水合硝酸锌和甲醇的质量体积比为1.5～2.0g:20～40ml，溶液b中2-甲基咪唑和甲醇的质量体积比为3.5～4.5g:20～40ml，溶液a和溶液b的体积比为20～40ml：20～40ml，溶液a和溶液b进行搅拌反应的转速为400～2000r/min，搅拌时间1～3h，沉淀时间为2～12小时，离心速率为2000～10000rpm。

10、可选的，制备得到的zif-8纳米颗粒的粒径为300～500纳米。

11、可选的，制备zif-8/agbr/tio2异质结复合光催化材料的步骤中，agno3溶液的浓度为5～12mg/ml，kbr溶液的浓度为10～15mg/ml，kbr溶液和agno3溶液的体积比为10～30ml:20～60ml，zif-8纳米颗粒、tio2纳米片和agno3溶液的质量体积比为20～200mg：50～100mg：20～60ml。

12、可选的，制备得到的zif-8/agbr/tio2异质结复合光催化材料中，zif-8、agbr和tio2的质量比为1～6:8～12:1～6。

13、可选的，制备zif-8/agbr/tio2异质结复合光催化材料的步骤中，zif-8、agbr和tio2的质量比为1～5:10:2。

14、可选的，zif-8/agbr/tio2异质结复合光催化材料的结构为核-双壳层结构，agbr颗粒形成为内核，tio2纳米片包覆在agbr颗粒表面上形成内壳层，zif-8纳米颗粒环绕并结合在tio2内壳层上形成外壳层，zif-8、agbr和tio2的粒径之比为300～500nm:1000～2000nm:50～100nm。

15、第二方面，本申请提供一种zif-8/agbr/tio2异质结复合光催化材料，由前述的zif-8/agbr/tio2异质结复合光催化材料的制备方法得到。

16、综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

17、1.本发明提供的zif-8/agbr/tio2异质结复合光催化材料的制备方法，操作过程容易控制，制备方法简单。

18、2.本发明提供的zif-8/agbr/tio2异质结复合光催化材料的制备方法，首先制备得到tio2纳米片和zif-8纳米颗粒，然后制备agbr颗粒，在制备agbr颗粒的共沉积过程中，首先加入制备得到的tio2纳米片，使得tio2纳米片包覆在agbr颗粒表面上，agbr颗粒形成为核，tio2纳米片形成为包覆agbr颗粒的内壳层结构，随后加入zif-8纳米颗粒，zif-8纳米颗粒环绕并结合在tio2内壳层结构上形成外壳层结构，最终制备得到的zif-8/agbr/tio2异质结形成为核-双壳层结构，外壳层的zif-8纳米颗粒为多孔结构，具有优异的比表面积和吸附能力，能够快速捕获和吸附污染物，提供大量的活性位点，并且具有透明性和光催化性，与tio2结合形成异质结结构，内部的agbr颗粒的ag离子能够快速传递载流子，并且产生等离子体共振效应，抑制电子-空穴对复合，提高电荷分离效率，三者协同作用提高光催化效率和响应速率。

19、3.本发明提供的zif-8/agbr/tio2异质结复合光催化材料，zif-8纳米颗粒、agbr颗粒和tio2纳米片的质量和粒径具有特定的配比，当zif-8纳米颗粒、agbr颗粒和tio2纳米片的质量比为1～5:10:2时，粒径比为300～500nm：1000～2000nm:50～100nm时，取得较佳的光催化效率以及响应速率，取0.05g本发明制备的zif-8/agbr/tio2异质结复合光催化材料加入到100ml浓度为20mg/l的罗丹明b溶液中进行光催化降解，光照30min后其降解率即可达到81.4％以上，更佳的，可达到86.9％，最佳的，可达到93.2％。

技术特征：

1.一种zif-8/agbr/tio2异质结复合光催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的zif-8/agbr/tio2异质结复合光催化材料的制备方法，其特征在于，制备tio2纳米片的步骤中，钛酸四丁酯和氢氟酸的体积比为10～40ml：1～5ml，水热反应的温度为160～200℃，时间为20～28h。

3.根据权利要求1或2所述的zif-8/agbr/tio2异质结复合光催化材料的制备方法，其特征在于，制备得到的tio2纳米片的厚度为5～15纳米，粒径为50～100纳米。

4.根据权利要求1所述的zif-8/agbr/tio2异质结复合光催化材料的制备方法，其特征在于，制备zif-8纳米颗粒的步骤中，溶液a中六水合硝酸锌和甲醇的质量体积比为1.5～2.0g:20～40ml，溶液b中2-甲基咪唑和甲醇的质量体积比为3.5～4.5g:20～40ml，溶液a和溶液b的体积比为20～40ml：20～40ml，溶液a和溶液b进行搅拌反应的转速为400～2000r/min，搅拌时间1～3h，沉淀时间为2～12小时，离心速率为2000～10000rpm。

5.根据权利要求1或4所述的zif-8/agbr/tio2异质结复合光催化材料的制备方法，其特征在于，制备得到的zif-8纳米颗粒的粒径为300～500纳米。

6.根据权利要求1所述的zif-8/agbr/tio2异质结复合光催化材料的制备方法，其特征在于，制备zif-8/agbr/tio2异质结复合光催化材料的步骤中，agno3溶液的浓度为5～12mg/ml，kbr溶液的浓度为10～15mg/ml，kbr溶液和agno3溶液的体积比为10～30ml:20～60ml，zif-8纳米颗粒、tio2纳米片和agno3溶液的质量体积比为20～200mg：50～100mg：20～60ml。

7.根据权利要求1或6所述的zif-8/agbr/tio2异质结复合光催化材料的制备方法，其特征在于，制备得到的zif-8/agbr/tio2异质结复合光催化材料中，zif-8、agbr和tio2的质量比为1～6:8～12:1～6。

8.根据权利要求7所述的zif-8/agbr/tio2异质结复合光催化材料的制备方法，其特征在于，制备zif-8/agbr/tio2异质结复合光催化材料的步骤中，zif-8、agbr和tio2的质量比为1～5:10:2。

9.根据权利要求1或6所述的zif-8/agbr/tio2异质结复合光催化材料的制备方法，其特征在于，zif-8/agbr/tio2异质结复合光催化材料的结构为核-双壳层结构，agbr颗粒形成为内核，tio2纳米片包覆在agbr颗粒表面上形成内壳层，zif-8纳米颗粒环绕并结合在tio2内壳层上形成外壳层，zif-8、agbr和tio2的粒径之比为300～500nm:1000～2000nm:50～100nm。

10.一种zif-8/agbr/tio2异质结复合光催化材料，由权利要求1～9任一项所述的zif-8/agbr/tio2异质结复合光催化材料的制备方法得到。

技术总结
本发明公开了一种ZIF‑8/AgBr/TiO<subgt;2</subgt;异质结复合光催化材料及制备方法，首先制备得到TiO<subgt;2</subgt;纳米片和ZIF‑8纳米颗粒，然后制备AgBr颗粒，在制备AgBr颗粒的共沉积过程中，先加入制备得到的TiO<subgt;2</subgt;纳米片，使得TiO<subgt;2</subgt;纳米片包覆在AgBr颗粒表面上，AgBr颗粒形成为核，TiO<subgt;2</subgt;纳米片形成为包覆AgBr颗粒的内壳层结构，随后加入ZIF‑8纳米颗粒，ZIF‑8纳米颗粒环绕并结合在TiO<subgt;2</subgt;纳米片内壳层结构上形成外壳层结构，最终制备得到的ZIF‑8/AgBr/TiO<subgt;2</subgt;异质结形成为核‑双壳层结构，三者协同作用提高光催化效率和响应速率。

技术研发人员：孙艳,王俊贤,陈永民,汪东营,蒲淑兰,罗栖,董驭钦,张云涛,钟悦
受保护的技术使用者：成都大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16