[發明專利]基于Dawson型多鎢酸鹽的離子晶體型可見光催化劑及其制備方法

無效

• 申請號: 201310010319.8
• 申請日: 2013-01-11
• 公開（公告）號: CN103111335A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 姚爽;張志明;王恩波;劉竹君
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: B01J31/34
• 分類號: B01J31/34;C02F1/30
• 代理公司: 長春市東師專利事務所 22202
• 代理人: 劉延軍;李榮武

技術領域

本發明屬于化學材料制備領域，涉及一種基于Dawson型多鎢酸鹽和W/Ni雜核金屬簇的離子晶體型可見光催化劑及其制備方法。

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背景技術

進入二十一世紀后，環境污染的控制與治理是人類社會亟待解決的重大課題，同時太陽能由于其清潔、高效和永不枯竭的特點成為一種理想的可再生能源。利用太陽光提供的能量降解廢水中的有機污染是一種完全的可持續開發和利用過程，而實現這一過程的關鍵是高性能光催化劑的獲得。因此，開發利用新型、高效能夠吸收利用占太陽能45%以上的可見光的光催化劑是環境污染控制和可持續能源開發利用的重大課題之一。

多金屬氧酸鹽(Polyoxometalate,?簡寫為POM)由于其結構的多樣性以及優良的物理化學性質而在光學、催化、分子磁體及能量存儲等領域被廣泛應用。特別是在催化領域，由于多酸化合物同時具有氧化性和強Br?nsted酸性，使POM可在溫和條件下實現快速可逆多電子氧化還原轉移，同時POM的酸堿或氧化還原性可通過改變其組成在很大范圍內進行調控。另外，POM本身毒性很小、無腐蝕易制備，而POM催化的有機化學反應副產物又很少，因而它們是一類環境友好型催化劑。另一類典型的光降解催化劑為以二氧化鈦為代表的半導體氧化物光催化劑，POM與半導體金屬氧化物具有極其相似的組成結構和光化學特性，激發態Keggin型PW₁₂O₄₀^3-氧化還原電位為2.80?eV，而激發態TiO₂的氧化還原電位為2.53?eV。因此，許多在熱力學上難以進行或只有在苛刻條件下才能完成的有機化學反應，卻可通過POM或TiO₂的光催化作用，在溫和的實驗條件下順利完成。但是TiO₂的光量子效率較低，光生電子與空穴的快速復合抑制了載流子的俘獲和表面電荷遷移過程從而降低了光催化反應的量子效率。而且納米二氧化鈦光催化劑在反應過程中與反應溶液呈乳狀分散，催化劑流失較嚴重。而雜多酸極易溶于極性溶劑中，給催化劑的分離回收帶來了困難。同時，由于傳統多酸化合物和二氧化鈦納米粒子都屬于寬禁帶材料，主要對紫外光有響應，然而太陽能作為一種取之不盡、用之不竭的可再生能源，其主要部分是可見光，紫外光僅占3%~5%。因此，將多酸光催化反應從紫外光區拓展到可見光區，研制出可回收、易分離、太陽能利用效率高的可見光催化劑，實現在太陽光照射下光催化消除污染物以及能源的轉換是多酸化學家面臨的重要課題。

發明內容

本發明的目的是探索一種基于Dawson型多鎢酸鹽和W/Ni雜核金屬簇的離子晶體型可見光催化劑的制備方法。

該材料是由Dawson型多陰離子與雜核W/Ni陽離子簇構筑的離子晶體，具有手性結構特征。

該材料在可見光照射下顯示出良好的催化降解有機污染物活性，不溶于水，可循環使用。

該多酸基離子晶體分子式為[Ni(en)₃]₂[WO₄{Ni(en)₂(H₂O)}₃]{P₂W₁₈O₆₂}·H₂O，是由飽和結構的Dawson型多陰離子、一個[WO₄{Ni(en)₂(H₂O)}₃]雜核金屬簇，兩個[Ni(en)₃]陽離子簇構筑而成的。

本可見光催化劑的具體制備方法為：按文獻方法制備出K₁₂[α-H₂P₂W₁₂O₄₈]·24H₂O前驅體，將新制備的K₁₂[α-H₂P₂W₁₂O₄₈]·24H₂O、鎳鹽、三羥甲基氨基甲烷和碳酸鉀溶于水中，使用鹽酸溶液調節上述溶液的pH值至6.4-6.6并加入乙二胺；將得到的混合溶液在160-180℃水熱條件下反應，即得到深藍色塊狀晶體。

本發明與現有技術相比，具有以下顯著效果：

1.本發明制得的材料在可見光區具有特征吸收峰，能在可見光照射下催化降解有機污染物。