[發(fā)明專利]基于聚氮化碳的共聚物及其制備方法和應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113413900A
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王杰;張啟濤;俞磊;尹蘇娜;李瑛;蘇陳良
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳大學(xué);揚州大學(xué)
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J31/06;C01B15/027
• 代理公司: 廣州華進(jìn)聯(lián)合專利商標(biāo)代理有限公司 44224
• 代理人: 李美

本發(fā)明涉及一種基于聚氮化碳的共聚物及其制備方法與應(yīng)用。以占所述共聚物的質(zhì)量百分比計，其鏈段包括(99％～99.7％)聚氮化碳鏈段和(0.03％～0.1％)聚芳胺鏈段。通過在聚氮化碳鏈段中引入聚芳胺鏈段，延長和拓寬了π?π共軛體系，相比于純聚氮化碳，本發(fā)明的共聚物具有更寬的光吸收范圍，以及更窄的能帶結(jié)構(gòu)，更優(yōu)秀的電子特性，更高的光生電子和空穴的分離效率，最終達(dá)到提升聚氮化碳的光催化活性的目的。相比于純聚氮化碳，采用本發(fā)明的共聚物作為光催化制備過氧化氫的催化劑，其催化效果更好，且可回收多次循環(huán)利用，穩(wěn)定性很好，非常綠色環(huán)保。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及共聚物技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于聚氮化碳的共聚物及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

過氧化氫是一種高效、環(huán)保的氧化劑。在反應(yīng)中，它只會轉(zhuǎn)化成水和氧氣，而且反應(yīng)中不產(chǎn)生任何毒副產(chǎn)物。由于這些優(yōu)點，過氧化氫在有機(jī)合成、廢水處理和消毒以及制漿造紙工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。另外，也有報道稱可過氧化氫作為一種新型單艙燃料電池的氧化劑和還原劑應(yīng)用于能源領(lǐng)域，同時，和氫氣相比，過氧化氫完全溶于水且易于運輸，是替代氫氣的一種理想能源。

目前，工業(yè)生產(chǎn)過氧化氫主要使用蒽醌氧化法(AQ)制備過氧化氫，這種方法的產(chǎn)量占過氧化氫總產(chǎn)量的95％以上。蒽醌氧化法制備過氧化氫主要分為四個步驟：1.在有機(jī)溶液中，利用鈀或鎳催化劑對蒽醌(AQ)催化加氫，得到HAQ；2.在富氧環(huán)境中氧化HAQ，得到蒽醌(AQ)和過氧化氫；3.通過有機(jī)萃取分離過氧化氫和蒽醌，并將蒽醌回收利用；4.純化過氧化氫。這些步驟都需要使用大量的能源而且會產(chǎn)生一些廢水和固體廢棄物，對環(huán)境會造成很大的污染。因此，需要采用十分綠色的方法來制備過氧化氫。

半導(dǎo)體光催化技術(shù)就是一個很有前景的解決方案，它使用半導(dǎo)體作為光催化劑，水與氧氣做原料，太陽能作能源來合成過氧化氫，相對于蒽醌法，這種方案更綠色且節(jié)能。

聚氮化碳(別稱氮化碳，)是一種無金屬半導(dǎo)體光催化劑，它具有熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性高、制備方便、能夠吸收可見光、無毒和來源豐富等優(yōu)點，因此受到很多科研工作者的關(guān)注。由于其優(yōu)異的性能已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于污染物降解、光解水制過氧化氫、制氧，應(yīng)用于有機(jī)合成等領(lǐng)域，但是該催化劑還是存在一些諸如載流子復(fù)合快，光吸收范圍不夠廣等缺點，限制了它的使用。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，本發(fā)明提供了一種可提高聚氮化碳共軛程度，增加其光催化性能的技術(shù)方案。

技術(shù)方案如下：

一種基于聚氮化碳的共聚物，以占所述共聚物的質(zhì)量百分比計，其鏈段包括(99％～99.7％)聚氮化碳鏈段和(0.03％～0.1％)聚芳胺鏈段。

在其中一個實施例中，制備所述聚芳胺鏈段的單體具有如式(1)所示的結(jié)構(gòu)：

其中：

Ar₁和Ar₂各自獨立地為被R₁取代或未取代的環(huán)原子數(shù)為6至20的芳基；

L選自單鍵、NR₁、被至少一個R₂取代或未取代的環(huán)原子數(shù)為6至20的芳基、或被R₁取代或未取代的環(huán)原子數(shù)為5至20的雜芳香基團(tuán)；

R每次出現(xiàn)，各自獨立選自-H、具有1至10個碳原子的烷基；

R₂選自-H、具有1至10個碳原子的烷基、被R₁取代或未取代的環(huán)原子數(shù)為6至20的芳基；

R₁為氨基或具有1至10個碳原子的烷基。

在其中一實施例中，所述Ar₁和所述Ar₂各自獨立選自苯基、聯(lián)苯基、萘基、蒽基或菲基。