[發明專利]一種光催化還原水產氫助催化劑、光催化體系及其應用

有效

• 申請號: 201810478723.0
• 申請日: 2018-05-18
• 公開（公告）號: CN108686709B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 彭成云;陳勇;石睿
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: B01J31/28
• 分類號: B01J31/28;B01J27/24;B01J31/22;B01J23/75;C01B3/04
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 趙曉丹

本發明公開了一種光催化還原水產氫助催化劑、光催化體系及其應用。所述光催化還原水產氫助催化劑為鈷的配位聚合物(CoNC)；所述光催化體系包括異質結，犧牲劑和水；其中所述異質結通過將C₃N₄和光催化還原水產氫助催化劑經物理混合接觸方法得到。本發明還公開了所述光催化體系在光催化還原水產氫中的應用。本發明中的光催化還原水產氫助催化劑為二維材料，能和二維的C₃N₄有良好的面對面接觸；CoNC借助N配位點使單個的Co原子均勻的分散在CoNC塊體上。本發明中的光催化還原水產氫體系成本低，無需復雜的反應設備，便于實際應用。

技術領域

本發明涉及光催化技術領域。更具體地，涉及一種光催化還原水產氫助催化劑、光催化體系及其應用。

背景技術

氫氣(H₂)燃燒后的產物僅為清潔的水且其從水中又可再生出來，因此氫氣被認為是一種理想的清潔能源。自從Honda與Fujishima開創了太陽能轉化成氫能的研究先例，光催化還原分解水產氫有望取代化石燃料的開采。

石墨相氮化碳(C₃N₄)不含金屬，對環境友好，熱穩定性好，化學性質穩定，易于制備，是公認的二維廉價新型半導體之一。早在2009年，C₃N₄首次被王新晨用于可見光催化還原水產氫，得益于該成果的啟示，大量與C₃N₄有關的催化體系被開發。

然而，和絕大多數半導體類似，受制于光生電子和光生空穴的快速復合，純的C₃N₄自身的光催化活性很差，嚴重阻礙了其在光催化還原水產氫領域中的應用。為了抑制C₃N₄光生電荷的復合，過去人們常常引入不同類型的助催化劑。鑒于C₃N₄是二維材料，為了讓助催化劑能和C₃N₄有好的接觸以便更好的促進C₃N₄光生電荷的分離，引入新的二維助催化劑迫在眉睫。

因此，本發明提供了一種穩定和高效的二維光催化還原水產氫助催化劑、包含該助催化劑的光催化體系及其應用。

發明內容

本發明的一個目的在于提供一種光催化還原水產氫助催化劑。

本發明的第二個目的在于提供一種包含該助催化劑的光催化體系。

本發明的第三個目的在于提供一種光催化體系的應用。

為達到上述第一個目的，本發明采用下述技術方案：

一種光催化還原水產氫助催化劑，所述光催化還原水產氫助催化劑為鈷的配位聚合物(CoNC)。本發明中的鈷的配位聚合物(CoNC)是一個二維材料，擁有特殊的大共軛結構和結構的可調變形。

優選地，所述鈷的配位聚合物(CoNC)的聚合度為2～100000。

優選地，所述光催化還原水產氫助催化劑通過將2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,12-六氮雜苯并菲與CoCl₂混合研磨，密封條件下加熱，經冷卻、洗滌和干燥制備得到。

此外，上述鈷的配位聚合物(CoNC)在光催化還原水產氫的應用也在本發明的保護范圍內，所述鈷的配位聚合物通過將2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,12-六氮雜苯并菲與CoCl₂混合研磨，密封條件下加熱，經冷卻、洗滌和干燥制備得到。

本發明還提供了上述光催化還原水產氫助催化劑的制備方法，包括如下步驟：