[發明專利]一系列鹵族元素摻雜共價三嗪有機聚合物可見光光催化劑及其制備和應用

有效

• 申請號: 201810118921.6
• 申請日: 2018-02-06
• 公開（公告）號: CN108325561B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 畢進紅;程智;李留義;吳棱
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B01J31/06
• 分類號: B01J31/06;C01B3/04
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊;林文弘

本發明屬于材料制備及光催化技術領域，公開了一系列鹵族元素摻雜共價三嗪有機聚合物可見光光催化劑及其制備方法和應用。采用簡單的熱處理法合成鹵族元素摻雜共價三嗪有機聚合物可見光光催化劑。該系列催化劑具有良好的可見光響應，能夠實現可見光分解水產氫，為能源危機提供了一種潛在的解決方案，并且該合成方法簡單便捷，適用范圍廣，具有較大的應用潛力。

技術領域

本發明屬于材料制備及光催化技術領域，具體涉及一系列鹵族元素摻雜共價三嗪有機聚合物可見光光催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

半導體光催化技術通過直接利用太陽光驅動化學反應，將低密度的太陽能轉化為高密度的化學能，在解決能源短缺和環境問題等方面表現出巨大的潛力。在已經發展的新型光催化材料中，共價有機框架材料（COFs）是一類由共價鍵連接的具有高度結晶結構的有機多孔聚合物，具有密度輕、比表面積大和穩定性好等優點。共價三嗪有機聚合物（CTFs）是一類典型的共價有機框架材料，內部是由三嗪環連接有機官能團而形成的框架結構。CTFs的光吸收性能顯示其具有可見光響應及合適的能帶結構，是一類擁有潛在發展前景的新型有機光催化材料。

研究表明，共價三嗪有機聚合物（CTFs）能夠利用可見光分解水產生氫氣，但是仍存在光生載流子復合率高，量子效率低的問題，制約了其在光催化領域的進一步應用。非金屬元素摻雜能夠對半導體原有的能級結構進行修飾，使其價帶雜化，擴展其價帶，抬升價帶頂，縮短禁帶寬度，從而吸收更為豐富的可見光。此外，雜化產生的能帶更有利于空穴的轉移，從而提高量子產率。

發明內容

本發明的目的在于提供了一系列鹵族元素摻雜共價三嗪有機聚合物可見光光催化劑及其制備方法和應用。采用簡單的熱處理方法合成該光催化材料，而且所制備的光催化材料具有良好的可見光響應，能夠實現可見光光解水產氫。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明采用簡單的熱處理方法合成鹵族元素摻雜共價三嗪有機聚合物可見光光催化劑，鹵族元素的摻雜濃度為2.5-20 wt%，其中共價三嗪有機聚合物與鹵化銨的質量比為0.025-0.2：1。

所述的制備方法的具體步驟為：

（1）共價三嗪有機聚合物的制備

在0 ℃條件下，將40 mL三氟甲烷磺酸緩慢加入到5.12 g對苯二甲腈中，更換油浴且升溫至30℃，靜置3天后將所得固體攪碎，用100-160 mL二氯甲烷沖洗過濾，再用氨水洗滌，然后加入100-200 mL氨水攪拌12 h，水洗離心至中性，再用甲醇清洗離心一次；收集固體沉淀用甲醇在80-100℃條件下回流24 h，再用二氯甲烷在60-80℃條件下回流24 h；在80℃條件下真空干燥12 h，得到共價三嗪有機聚合物。

（2）鹵族元素摻雜共價三嗪有機聚合物可見光光催化劑的制備

分別稱取1-8 g鹵化銨和0.2 g共價三嗪有機聚合物混合于30 mL蒸餾水中，超聲分散0.5-1 h后在90 ℃油浴條件下加熱除去水分；得到的固體在馬弗爐中200-250 ℃條件下煅燒1-2 h；待自然冷卻至室溫后將燒結的固體研磨成粉，用甲醇在80-100 ℃條件下回流12-32 h；將回流后的樣品水洗離心至離子濃度小于10 ppm，在60 ℃下干燥12 h后即得到鹵族元素摻雜共價三嗪有機聚合物可見光光催化劑。

應用：所述鹵族元素摻雜共價三嗪有機聚合物可見光光催化劑可應用于可見光光解水產氫。

本發明的顯著優點在于：

（1）本發明首次將鹵族元素引入共價三嗪有機聚合物中，開發出一種新型的非金屬元素摻雜的可見光光催化材料；

（2）本發明制備方法簡單便捷，能夠快速合成該系列光催化材料；