[發(fā)明專利]一種表面限域單分散Pt納米顆粒的共價(jià)三嗪有機(jī)骨架復(fù)合光催化劑及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010490864.1
• 申請日: 2020-06-02
• 公開（公告）號(hào): CN111569942B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王登科;曾慧;黎翔;鄒建平
• 申請（專利權(quán)）人: 南昌航空大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J31/06
• 分類號(hào): B01J31/06;C08G83/00;C01B3/04
• 代理公司: 南昌洪達(dá)專利事務(wù)所 36111
• 代理人: 黃文亮

本發(fā)明公開了一種表面限域單分散Pt納米顆粒的共價(jià)三嗪有機(jī)骨架復(fù)合光催化劑及其制備方法與應(yīng)用，屬于材料制備及光催化技術(shù)領(lǐng)域。其以共價(jià)三嗪有機(jī)骨架為載體，通過堿水解其中的殘余氰基轉(zhuǎn)化為支架羧基，再利用光沉積的方法將Pt納米顆粒錨定于支架羧基上，制備表面限域單分散Pt納米顆粒的共價(jià)三嗪有機(jī)骨架復(fù)合光催化劑Pt?CTF?COOH。該方法通過對(duì)共價(jià)三嗪有機(jī)骨架進(jìn)行羧基功能化，并將Pt固載于羧基支架上，實(shí)現(xiàn)了Pt納米顆粒的單分散，有效提高了其光催化分解水產(chǎn)氫的效率。本發(fā)明光催化劑穩(wěn)定性好，使用壽命長，且合成方法簡單便捷，解決了現(xiàn)有技術(shù)中光催化劑制備工藝繁瑣、穩(wěn)定性差等問題，符合實(shí)際生產(chǎn)需要，具有較大的應(yīng)用潛力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料制備及光催化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種表面限域單分散Pt納米顆粒的共價(jià)三嗪有機(jī)骨架復(fù)合光催化劑及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

光催化分解水制氫是一種清潔的氫能生產(chǎn)技術(shù)，為太陽能轉(zhuǎn)化提供了一條新途徑，而要實(shí)現(xiàn)高效的光催化分解水制氫關(guān)鍵在于光催化劑的合理設(shè)計(jì)。自1972年發(fā)現(xiàn)TiO₂-Pt能實(shí)現(xiàn)光電催化分解水產(chǎn)氫以來，大量的光催化劑被設(shè)計(jì)合成出來。從能帶結(jié)構(gòu)上分析，盡管這些光催化劑都符合分解水制氫的要求，但是由于其表面功函低，溢氫效果差，為了達(dá)到較好的制氫性能，通常需要在光催化劑上擔(dān)載具有高表面功函的貴金屬作助催化劑來完成。這是因?yàn)楹线m的貴金屬助催化劑不僅可以抑制載流子的復(fù)合，降低析氫的過電位，而且可以為析氫提供還原活性位點(diǎn)，避免逆反應(yīng)的發(fā)生。然而，目前大多數(shù)光催化分解水制氫體系中助催化劑僅僅是通過弱靜電吸附或范德華力的作用簡單地負(fù)載于光催化劑的表面。雖然所得復(fù)合光催化劑的光催化活性得到了一定的提高，但由于相互作用的微弱性，往往導(dǎo)致復(fù)合光催化劑不穩(wěn)定，表面助催化劑容易聚集和浸出。此外，弱的相互作用也極大地限制了光催化劑與助催化劑之間的高電荷轉(zhuǎn)移。這些不足，再加上助催化劑隨機(jī)分布的形貌，使得該復(fù)合光催化體系的催化效果總體不盡如人意。因此，為構(gòu)建高效穩(wěn)定的光催化分解水制氫體系，迫切需要尋找合適的光催化劑載體和開發(fā)有效穩(wěn)定助催化劑的方法。

共價(jià)有機(jī)骨架是一種的共軛微孔聚合物，其具有可設(shè)計(jì)的周期結(jié)構(gòu)、易調(diào)控的電子能帶結(jié)構(gòu)、良好的穩(wěn)定性和易進(jìn)行功能化修飾及合成方法簡單多樣等優(yōu)點(diǎn)。其中共價(jià)三嗪有機(jī)骨架是共價(jià)有機(jī)骨架的一類，具有與氮化碳相類似的結(jié)構(gòu)。前期研究表明共價(jià)三嗪有機(jī)骨架擁有π-π堆積的結(jié)構(gòu)，有利于電荷載流子的輸運(yùn)。這個(gè)特征與其固有的大表面積、可調(diào)節(jié)的孔隙率和可修飾的化學(xué)結(jié)構(gòu)相結(jié)合，為共價(jià)三嗪有機(jī)骨架成為設(shè)計(jì)高效復(fù)合材料的平臺(tái)創(chuàng)造了有利條件。基于此，我們以共價(jià)三嗪有機(jī)骨架為載體，發(fā)明了一種表面限域單分散Pt納米顆粒的共價(jià)三嗪有機(jī)骨架復(fù)合光催化劑(Pt-CTF-COOH)，并應(yīng)用于光催化分解水制氫的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種表面限域單分散Pt 納米顆粒的共價(jià)三嗪有機(jī)骨架復(fù)合光催化劑及其制備方法和可見光激發(fā)下分解水制氫的應(yīng)用。本發(fā)明通過堿水解氰基生成羧基支架結(jié)合光還原法的方法使Pt納米顆粒錨定并限域于共價(jià)三嗪有機(jī)骨架的表面，合成了復(fù)合光催化劑Pt-CTF-COOH，并將Pt-CTF-COOH應(yīng)用于可見光下分解水產(chǎn)生氫氣的反應(yīng)。該體系中光催化劑穩(wěn)定性好，使用壽命長，且合成方法簡單便捷，具有較大的應(yīng)用潛力。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種表面限域單分散Pt納米顆粒的共價(jià)三嗪有機(jī)骨架復(fù)合光催化劑 Pt-CTF-COOH，是以共價(jià)三嗪有機(jī)骨架為載體，利用堿水解殘余氰基生成支架羧基結(jié)合光沉積的方法實(shí)現(xiàn)表面限域單分散Pt納米顆粒的共價(jià)三嗪有機(jī)骨架復(fù)合光催化劑。該方法利用氰基的水解特性轉(zhuǎn)換成羧基，羧基再與Pt通過共價(jià)鍵Pt-O鍵相連接，不僅有利于Pt納米顆粒在催化劑表面的穩(wěn)定，而且有益于催化劑與Pt納米顆粒之間的電荷轉(zhuǎn)移，從而提高其光催化分解水制氫的效率。

一種制備如上所述的表面限域單分散Pt納米顆粒的共價(jià)三嗪有機(jī)骨架復(fù)合光催化劑的方法，包括以下步驟：