[發明專利]含有金屬氧化物的復合材料及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 201811039766.5
• 申請日: 2018-09-06
• 公開（公告）號: CN110876951B
• 公開（公告）日: 2023-02-10
• 發明（設計）人: 鄒吉軍;孫尚聰;潘倫;張香文;王蒞
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J37/34;C01B3/04;C07C5/31;C07C13/68
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 趙天月

本發明提供了復合材料及其制備方法和用途。其中，復合材料包括：氮化碳基體，所述氮化碳基體具有片狀結構；助劑，所述助劑負載在所述氮化碳基體上，所述助劑包括金屬氧化物顆粒和金屬單質顆粒，所述金屬氧化物顆粒適于吸引空穴，所述金屬單質顆粒適于吸引電子。發明人發現，該復合材料結構簡單、易于實現，在太陽光的激發作用下具備較高的還原能力，在光照條件下可以有效將水還原以得到氫氣，還可以高效的將降冰片二烯異構化以獲得四環庚烷，從而可以利用可再生能源制備得到新型燃料氫能和四環庚烷，適于大規模生產。

技術領域

本發明涉及光催化技術領域，具體的，涉及復合材料及其制備方法和用途，更具體的，涉及復合材料、復合材料的制備方法以及復合材料在光催化制氫以及降冰片二烯光化學異構制四環庚烷方面的用途。

背景技術

目前，對可再生能源的開發與利用越來越迫在眉睫?？稍偕茉粗饕ㄌ柲堋L能、水能等，其中，太陽能被認為是最有前景的替代能源之一，對太陽能的高效利用和轉換是目前的研究熱點。目前，利用太陽能合成新型燃料越來越受到關注。

新型燃料合成在機械、軍工、航天等領域有著重要的意義。氫能具有熱值高、清潔、環保等優點，是最具前景的綠色能源之一。液氫與液氧組成的雙組元低溫液體推進劑在通訊衛星、航天飛機等運載火箭中有著重要的應用。除液氫外，四環庚烷也是一種性能優良的高能航空航天碳氫燃料。四環庚烷是一種典型的高張力籠狀液態烴，密度達到0.98g·cm^-3、冰點低于-40℃，穩定性好，可安全儲運，可由降冰片二烯光催化異構制備得到。開發新型高效的氫氣和四環庚烷的合成方法，是一直以來的研究重點。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出一種復合材料，該復合材料在太陽光的激發作用下可以有效產生電子和空穴，電子和空穴的復合率較低，還原能力較強，適用于光催化制氫或者降冰片二烯光化學異構制四環庚烷。

在本發明的一個方面，本發明提供了一種復合材料。根據本發明的實施例，該復合材料包括：氮化碳基體，所述氮化碳基體具有片狀結構；助劑，所述助劑負載在所述氮化碳基體上，所述助劑包括金屬氧化物顆粒和金屬單質顆粒，所述金屬氧化物顆粒適于吸引空穴，所述金屬單質顆粒適于吸引電子。發明人發現，該復合材料結構簡單、易于實現，在太陽光的激發作用下，氮化碳基體會產生電子和空穴，金屬氧化物吸引空穴，金屬單質吸引電子，從而提高電子和空穴的利用率進而可以提高對光能的利用率，且在金屬氧化物和金屬單質的共同作用下可以有效將電子和空穴分離開來，降低電子和空穴的復合率，使得復合材料具備較高的還原能力，在光照條件下可以有效將水還原以得到氫氣，還可以高效的將降冰片二烯異構化以獲得四環庚烷，從而可以利用可再生能源制備得到新型燃料氫能和四環庚烷，適于大規模生產。

根據本發明的實施例，所述金屬單質顆粒形成在所述氮化碳基體以及所述金屬氧化物顆粒的表面上。由此，金屬單質與金屬氧化物之間的位置關系更有利于電子和空穴的分離，使得復合材料的還原能力更強，光催化制備氫氣和降冰片二烯光催化異構制備四環庚烷的能力更強。

根據本發明的實施例，所述金屬氧化物顆粒的粒徑為10納米-20納米。由此，金屬氧化物顆粒的比表面積較為合適，捕獲空穴的能力較強，可以有效將空穴與電子分離開來。

根據本發明的實施例，金屬單質顆粒的粒徑為3納米-8納米。由此，金屬單質的比表面積較為合適，捕獲電子的能力較強，可以有效將電子與空穴分離開來。

根據本發明的實施例，基于所述復合材料的總質量，所述復合材料包括：0.5-10wt％的所述金屬氧化物；0.1-5wt％的所述金屬單質；以及余量的所述氮化碳基體。由此，復合材料分離和傳輸電子和空穴的能力更強，還原能力更強，更有利于光催化制備氫氣和降冰片二烯光催化異構制備四環庚烷。