[發明專利]一種ZnTPyP/WO3

有效

• 申請號: 202010864258.1
• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN111957351B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 鐘永;劉雙紅;白鋒;任希彤;田甜;鮑建帥;葛炎
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: B01J31/22
• 分類號: B01J31/22;B01J31/34;B01J37/10;C01B3/04
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 張麗

本發明公開了一種ZnTPyP/WO₃Z型材料、其制備方法及應用，屬于材料化學和物理化學光催化技術領域，該方法以WO₃納米棒為模板，利用ZnTPyP分子中吡啶基團上N原子和WO₃中W原子之間的N?W配位作用，通過酸堿中和膠束限域的方法使得ZnTPyP單體優先在WO₃納米棒的表面進行組裝，通過控制反應條件，實現ZnTPyP在WO₃上的可控共組裝，最終得到了一系列具有不同形貌結構的ZnTPyP組裝體/WO₃復合材料，光催化產氫性能測試結果顯示ZnTPyP組裝體/WO₃復合材料展現出了優異的光催化產氫性能。這種方法設備簡單、是合成卟啉基Z型光催化材料的簡單高效的方法。

技術領域

本發明屬于材料化學和物理化學光催化領域，具體涉及一種ZnTPyP/WO₃Z型材料、其制備方法及應用。

背景技術

氫能具有燃燒值高、產物綠色、來源廣泛等優點，是未來最可能替代化石燃料的理想清潔能源。光催化分解水是一種有效的制氫途徑，為了實現高效的光催化分解水制氫效率，研究者們開發了不同類型的光催化劑。傳統光催化劑可分為單一結構光催化劑和II型異質結復合催化劑。然而在光催化過程，前者光生電子-空穴對易體相復合，且光響應區域多為紫外光區域；后者雖然通過復合的方式有效的解決了前者存在的上述問題，但是相比于原有的單一組分半導體催化劑來說氧化還原能力有所下降。

基于以上問題，研究者們受到植物光合作用中獨特的電子傳輸機制的啟發，提出并成功構筑了Z型光催化體系。在Z型光催化體系中，光生電子能夠沿著“Z”型路徑從PS II的導帶通過復合界面或者電子傳輸介質與PS I價帶上的光生空穴相復合，既有效的抑制了光生電子-空穴的有效復合，又保留了組成催化材料原有的強氧化還原能力，有效的解決了上述兩種催化劑存在的問題。但Z型光催化劑也存在著一些限制：首先，催化劑材料必須具備相匹配的能級結構才能使得光生電子沿著“Z”型路徑進行傳輸；其次，現有的Z型光催化劑一部分為吸收紫外光材料，光能利用率低，還有一部分為具有劇毒的CdS、MoS₂等含硫金屬化合物，體系穩定性較差，應用受到了一定的限制；最后，現有的Z型光催化劑制氫速率較低，實際應用受到了極大限制。因此開發新型無毒、具有可見光吸收區域、更加高效制氫性能的Z型光催化劑是當前所面臨的關鍵問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種ZnTPyP/WO₃Z型材料、其制備方法及應用。

基于上述目的，本發明采取如下技術方案：

一種ZnTPyP/WO₃Z型材料的制備方法，包括以下步驟：

1) 將ZnTPyP單體粉末溶于HCl溶液中，得到ZnTPyP/HCl溶液；其中ZnTPyP粉末在HCl溶液中的濃度為0.01 mol/L ~0.02 mol/L，HCl溶液濃度為0.1 mol/L ~1 mol/L，優選地，ZnTPyP粉末在HCl溶液中的濃度為0.01 mol/L，HCl溶液的濃度為0.2 mol/L；

2) 配制乳化劑溶液，將WO₃納米棒分散在乳化劑溶液中，并向其中加入NaOH溶液；

3) 將步驟1）中得到的ZnTPyP/HCl溶液加入到步驟2）得到的溶液中，使混合后的溶液pH值為2.5~12，室溫下攪拌24-72 h，離心分離，所得固體即為ZnTPyP /WO₃Z型材料，步驟1）配制的溶液和步驟2）配制的溶液的體積比為1:（47~48）