[發(fā)明專利]一種基于大環(huán)化合物光敏染料與二氧化鈦的雜化材料及其制備方法和在光催化中的應用

有效

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• 申請日: 2017-10-23
• 公開（公告）號: CN107899618B
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發(fā)明（設計）人: 劉軍民;蘇成勇;陳逸凡;黃劍鋒;秦蘇;黃理淵;徐耀維;郭靖
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學
• 主分類號: B01J31/38
• 分類號: B01J31/38;B01J35/10;C01B3/04;C01B32/40
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 林德強

本發(fā)明公開了一種基于大環(huán)化合物光敏染料與二氧化鈦的雜化材料及其制備方法和在光催化中的應用。這種雜化材料包括大環(huán)化合物光敏染料和二氧化鈦；所述的大環(huán)化合物光敏染料，為杯芳烴化合物或者卟啉化合物。同時也公開了這種基于大環(huán)化合物光敏染料與二氧化鈦的雜化材料的制備方法，以及這種雜化材料在光催化中的應用。本發(fā)明的大環(huán)化合物光敏染料與二氧化鈦制成的有機?無機雜化材料具有分級多孔的結(jié)構(gòu)，能提高氣體的自由擴散及CO₂表面吸附，增加反應物吸附量和活化程度，還可降低電子?空穴對的復合幾率，有效提升了光催化效率。另外，本發(fā)明的雜化材料具有高的穩(wěn)定性，增強了光催化中循環(huán)利用穩(wěn)定性。

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于大環(huán)化合物光敏染料與二氧化鈦的雜化材料及其制備方法和在光催化中的應用。

背景技術

隨著化石燃料的消耗，人們開始面臨能源枯竭的問題，如何提供充足的可再生能源引起了廣泛高度的關注。太陽能潔凈無污染，儲量巨大，是解決以上問題的有效途徑。光催化作為一種有效的光電轉(zhuǎn)化技術，在光解水制氫和光催化還原CO₂方面具有重要的應用前景。然而，目前大多數(shù)光催化劑為紫外光響應，占太陽光能量43％的可見光無法有效利用，且半導體內(nèi)部的高光生載流子復合率也制約了光催化效率的進一步提高。因此，拓展光催化劑的可見光吸收能力和提高其載流子分離效率具有重要的科學研究意義。

TiO₂作為半導體光催化劑的鼻祖，具有無毒、廉價、高效、高化學穩(wěn)定性等優(yōu)異性質(zhì)，在光催化還原水制氫和光催化還原CO₂方面具有廣闊的應用前景。然而，TiO₂的光譜響應范圍窄、光生電子-空穴復合率高、對底物選擇吸附性能差，限制了它在可見光催化中的應用。要提高TiO₂的光催化活性，需要從改善催化劑的這三個方面入手。目前常見解決方法是表面改性或者離子摻雜，然而，表面改性容易引起競爭吸附、占據(jù)活性位點等問題，離子摻雜則引入了大量的電子-空穴復合中心，導致光催化劑的催化活性和穩(wěn)定性降低。

如何構(gòu)建復合TiO₂材料的納米結(jié)構(gòu)，使之既能改善催化劑的太陽光捕獲能力，又能提高其光生電子-空穴的分離和傳輸效率，還可以增加其對反應物的吸附量和活化程度，成為了本領域關注的課題。有機-無機雜化材料因可綜合有機和無機材料各自的特性，并可實現(xiàn)性能的優(yōu)化和互補而成為材料研究領域的熱點。將具有特定功能的無機材料和合適的有機體進行雜化，可以得到性能更加優(yōu)異的新型材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于大環(huán)化合物光敏染料與二氧化鈦的雜化材料及其制備方法和在光催化中的應用。

本發(fā)明所采取的技術方案是：

一種基于大環(huán)化合物光敏染料與二氧化鈦的雜化材料，包括大環(huán)化合物光敏染料和二氧化鈦；所述的大環(huán)化合物光敏染料，為杯芳烴化合物或者卟啉化合物；

所述杯芳烴化合物的結(jié)構(gòu)通式如式(Ι)或式(Ⅱ)所示：

D為電子給體，在式(Ι)中為或中的至少一種，在式(Ⅱ)中為或中的至少一種；

π為共軛橋連體，為或中的至少一種，n＝1或2；

A為電子受體，在式(Ι)中為或中的至少一種；

所述卟啉化合物的結(jié)構(gòu)通式如式(Ⅲ)所示：

式(Ⅲ)中，M為Zn，F(xiàn)e，Co，Pd或Pt。

雜化材料中，大環(huán)化合物光敏染料占二氧化鈦質(zhì)量的1％～15％。

一種基于大環(huán)化合物光敏染料與二氧化鈦的雜化材料的制備方法，包括以下步驟：

1)染料溶液的配制：將大環(huán)化合物光敏染料溶于有機溶劑中，配成染料溶液；