[發明專利]富勒烯羧酸衍生物/光敏劑/二氧化鈦及制備方法和應用

在審

• 申請號: 201711259691.7
• 申請日: 2017-12-04
• 公開（公告）號: CN108114755A
• 公開（公告）日: 2018-06-05
• 發明（設計）人: 王春儒;吳波;田建蕾
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所;北京福納康生物技術有限公司
• 主分類號: B01J31/38
• 分類號: B01J31/38;C07C209/80;C07C211/46;C07C211/47;C07C211/45;C07C211/52;C07C221/00;C07C223/06;C07C253/30;C07C255/58
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本發明實施例涉及一種富勒烯羧酸衍生物/光敏劑/二氧化鈦及制備方法和應用。該復合材料通過包括表面帶有?OH的二氧化鈦、富勒烯羧酸衍生物和光敏劑的原料制備而成；其中：富勒烯羧酸衍生物和表面帶有?OH的二氧化鈦通過酯鍵相連，光敏劑再物理吸附于二者表面，所述酯鍵是富勒烯羧酸衍生物中的?COOH和二氧化鈦表面?OH形成的。該復合材料可用作光催化劑，作為光催化劑時，該光催化劑結構新穎，不僅有效的拓寬了光譜的吸收范圍，增加了光的利用效率，而且富勒烯增加了電子和空穴的分離效率，有助于光催化性能的大幅度提升。

技術領域

本發明涉及富勒烯材料在光催化領域的應用，尤其涉及富勒烯羧酸衍生物/光敏劑/二氧化鈦復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

光催化不但在常溫常壓下可實現許多通常實驗難以或根本不能進行的反應，而且其在將有機污染物完全礦化的過程中不產生二次污染并且使用壽命長，這些優點使光催化顯示出優越性。以二氧化鈦為光催化劑，利用光催化的方法氧化降解環境有機物是近年來日益受到重視的一項治理技術。這個過程不需要其他的助催化劑，可以直接利用空氣中的氧，并且使用能量較低的光源使得光利用率高，該過程還不受溶劑的影響、反應效率高、反應條件溫和、最終產物簡單、不會引起二次污染，因此是具有發展潛力的研究領域。大量的研究表明，二氧化鈦作為催化劑，關鍵在于其能帶帶隙的存在而使其具有特殊的光電磁性質。當它受到能量大于帶隙能量的光照射時，處于價帶上的電子就能被激發到導帶上，從而使導帶上生成高活性電子，價帶上生成帶正電荷的空穴，形成氧化-還原體系。高活性電子具有還原性，空穴具有氧化性，幾乎能降解所有的有機污染物。

雖然二氧化鈦具有性能穩定、能降解大多數有機污染物、無毒等優點，但二氧化鈦存在兩個關鍵的技術難題，這些技術難題制約著光催化降解這一技術的大規模實際應用。首先是對太陽能的利用率較低，常用的二氧化鈦禁帶寬度為3.2eV，光譜相應范圍較窄，光吸收波長主要集中在紫外區(λ<387nm)，而輻射到地面的紫外光部分僅占太陽光的3％左右，二氧化鈦無法利用太陽能的可見光部分，所以對太陽光的有效利用率很低；其次是由于光生載流子的復合率很高，導致量子效率較低，常用的二氧化鈦催化劑的量子效率只有4％左右，難以處理數量大、濃度高的工業廢水和廢氣。因此如何解決這些關鍵問題決定了二氧化鈦光催化技術未來的實際應用，所以拓展二氧化鈦吸收光譜、提高二氧化鈦光催化效率已成為全球研究的重點。除去傳統的摻雜、添加共吸附劑等方法外，碳/二氧化鈦復合材料作為一種新型的光催化劑受到廣泛的關注。這是因為碳族材料和二氧化鈦的復合為促進光生電子–空穴對的分離提供了潛在的可能性。而富勒烯由于其獨特的物理和化學性質，使其在碳材料中尤其受關注。

自發現以來，富勒烯作為碳的第三種同素異形體由于其自身的物理和化學性質與金剛石和石墨不同，受到科學家廣泛的關注。

公開于該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

發明內容

技術問題

有鑒于此，本發明要解決的技術問題是，如何提供一種新型復合材料富勒烯羧酸衍生物/光敏劑/二氧化鈦及其制備方法和應用，該復合材料可用作光催化劑，作為光催化劑時，其結構新穎并能解決現有光催化技術中高活性電子和空穴的分離效率低、吸收光的光譜范圍窄、光利用率低等技術問題，不僅有效的拓寬了光譜的吸收范圍，增加了光的利用效率，而且能增加電子和空穴的分離效率，有助于光催化性能的大幅度提升。

解決方案