一种磁响应光催化材料及其制备方法与应用

本发明涉及光催化，具体涉及一种磁响应光催化材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、随着能源危机和环境问题的日益加剧，开发清洁能源转化技术成为研究热点，太阳能作为一种可再生、储量丰富的清洁能源，其光催化转化利用受到广泛关注。光催化技术可将太阳能转化为化学能，已成功应用于co2还原、氢气析出和污染物降解等领域。在光催化反应过程中，光催化剂受光照后激发产生光生电子和空穴，迁移至表面引发氧化还原反应。但光生电子和空穴极易发生复合，严重降低光催化反应效率，因此促进电荷分离和转移是提升光催化性能的关键。

2、现有技术中，已开发了异质结工程、助催化剂工程等策略改善电荷分离效果，但提升幅度仍未达到实际应用要求。近年来，在光催化体系中引入外场成为提高反应效率的新方向，磁场、电场、超声波场等外场已被尝试引入光催化体系，其中磁场可通过电子的自旋极化和洛伦兹力调控光生载流子的分离和转移，具有重要的应用潜力。

3、金属有机框架（mofs）材料因具有多孔结构、位点可调控和高稳定性的优势，成为构建光催化体系的理想基底，其多孔结构可实现磁性纳米颗粒的均匀分散，构建磁性位点，在光催化体系中产生独特的磁-光-电耦合效应。但现有技术中，外加磁场在光催化领域的应用研究较少，机理方面还不是特别清晰，对于电子的自旋极化和洛伦兹力在光催化领域应用还没有完全开发，限制了磁响应光催化体系的开发和应用。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明的目的在于提供一种磁响应光催化材料及其制备方法与应用，以mofs为基底构建磁性光催化体系，既能保留其多孔结构与位点可调控优势，又能借助磁场实现自旋态与电荷传输的精准操控，将“结构设计-自旋调控-电荷分离-表面产氢”多环节耦合，阐明磁场对光催化产氢性能的调控机理，解决外加磁场光催化机理不明、磁性位点构筑不精准、光生载流子分离效率低的问题，为开发高效磁响应光催化材料提供新的方案。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

3、提供一种磁响应光催化材料，以缺陷型uio-66为基底，基底上引入磁性ni位点，且负载cds半导体，所述磁响应光催化材料的化学式为 cds@niy/uio-66x，其中x为uio-66的缺陷调控参数，y为ni的掺杂量参数。

4、优选的，所述x由zrcl4与h2bdc的摩尔比调控，所述y由uio-66x与ni (no3)29h2o的质量比调控。

5、优选的，所述zrcl4与 h2bdc的摩尔比为1:0.7~1:1，所述uio-66x与ni (no3)29h2o的质量比为 1:20~1:50。

6、优选的，所述zrcl4与 h2bdc的摩尔比为1:0.8，所述uio-66x与ni (no3)29h2o的质量比为 1:40。

7、还提供上述任一项所述的磁响应光催化材料的制备方法，包括以下步骤：

8、（1）缺陷型uio-66x的制备：将zrcl4、h2bdc和苯甲酸溶解在无水n,n - 二甲基甲酰胺中，加热反应，冷却后经离心、洗涤得到白色粉末；将所得白色粉末置于dmf和盐酸的混合溶液中，油浴反应，离心、洗涤、干燥，得到缺陷型uio-66x；

9、（2）niy/uio-66x的制备：将uio-66x粉末、ni (no3)29h2o和dmf混合均匀，加热，冷却后离心、洗涤、干燥，得到绿色粉末niy/uio-66x；

10、（3）cds@niy/uio-66x的制备：将niy/uio-66x粉末加热活化，冷却后在ar氛围下与dmf、cdcl22.5h2o溶液混合超声，再逐滴加入na2s9h2o溶液，避光搅拌，离心、洗涤、干燥，得到黄色粉末cds@niy/uio-66x。

11、优选的，步骤（1）中，120℃加热反应24h，90℃油浴反应24h。

12、优选的，步骤（2）中，120℃加热20h。

13、优选的，步骤（3）中，cdcl22.5h2o 溶液和na2s9h2o溶液的浓度均为0.8mol/l。

14、还提供上述任一项所述的磁响应光催化材料的应用，将所述cds@niy/uio-66x应用于光催化产氢领域，且可通过外加磁场调控其光催化产氢性能。

15、本发明的有益效果为：

16、本发明构建了cds@niy/uio-66x三元复合磁响应光催化体系，通过探究外加磁场对该体系产氢性能的影响，阐明了自旋极化与洛伦兹力的协同机制、磁场强度与光催化性能的构效关系，为后续开发高效的磁场辅助光催化技术提供了理论支撑和实验数据。

1.一种磁响应光催化材料，其特征在于，以缺陷型uio-66为基底，基底上引入磁性ni位点，且负载cds半导体，所述磁响应光催化材料的化学式为 cds@niy/uio-66x，其中x为uio-66的缺陷调控参数，y为ni的掺杂量参数。

2.根据权利要求1所述的磁响应光催化材料，其特征在于，所述x由zrcl4与h2bdc的摩尔比调控，所述y由uio-66x与ni (no3)29h2o的质量比调控。

3.根据权利要求2所述的磁响应光催化材料，其特征在于，所述zrcl4与 h2bdc的摩尔比为1:0.7~1:1，所述uio-66x与ni (no3)29h2o的质量比为 1:20~1:50。

4.根据权利要求3所述的磁响应光催化材料，其特征在于，所述zrcl4与 h2bdc的摩尔比为1:0.8，所述uio-66x与ni (no3)29h2o的质量比为 1:40。

5.权利要求1~4任一项所述的磁响应光催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，120℃加热反应24h，90℃油浴反应24h。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，120℃加热20h。

8.根据权利要求5 所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，cdcl22.5h2o 溶液和na2s9h2o溶液的浓度均为0.8mol/l。

9.权利要求 1~4任一项所述的磁响应光催化材料的应用，其特征在于，将所述cds@niy/uio-66x应用于光催化产氢领域，且可通过外加磁场调控其光催化产氢性能。