[發明專利]富勒烯給受體復合材料在光催化中的應用

有效

• 申請號: 202110789190.X
• 申請日: 2021-07-13
• 公開（公告）號: CN113828356B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 張宇和;王春儒;吳波;劉麗萍
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所;北京福納康生物技術有限公司
• 主分類號: B01J31/18
• 分類號: B01J31/18;B01J31/02;C01B3/04;C07D487/22
• 代理公司: 北京植德律師事務所 11780
• 代理人: 徐璐;唐華東

本發明涉及一種富勒烯給受體系復合材料在光催化領域中的應用。該復合材料通過包括富勒烯和光敏劑衍生物的原料制備而成；其中富勒烯和光敏劑衍生物通過π?π共軛作用堆積或共價鍵鍵合成富勒烯衍生物形成電子的給體——受體復合物，通過調整組裝條件改變復合材料的組裝結構。該復合材料可用作光催化劑，不僅有效地拓寬了光譜的吸收范圍，增加了光的利用率，而且通過構筑了電子的給體——受體結構，增加了電子和空穴的分離效率，使得光催化性能大幅提升。

技術領域

本發明涉及富勒烯給受體復合材料在光催化領域的應用，尤其涉及富勒烯/ 光敏劑衍生物復合材料的制備方法和應用。

背景技術

能源短缺和環境污染問題日益突出，發展新的清潔可再生能源成為科學前沿研究的熱點。光催化從水中制氫把分散的太陽能轉化為高度集中的氫能，是未來人類理想的能量轉化途徑，具有重大意義。然而，光催化分解水制氫的效率一直較低，提升很困難。其中，提高光生載流子的分離效率是提升太陽能利用率以及促進新型光催化材料發展的關鍵。有機材料彌補了傳統無機半導體的結構可調控性差和光譜響應范圍窄等方面的不足，成為一種新興的熱點光催化材料，但是有機體系的光解水產氫效率還不是很理想，材料穩定性差，并且對于如何構筑高效的光生載流子分離通道提升材料催化性能等核心機制問題尚未明確。

富勒烯的結構獨特，從紫外到近紅外區域有光吸收，可以通過改變碳籠構型和衍生化的方式精確調控電荷分離性質和能級結構。同時，富勒烯性質穩定，極大克服了有機材料在水、氧氣和光照同時存在時的不穩定性，可以制備高度有序、能級匹配的富勒烯材料，增強光生載流子分離效率，是研究高效光解水材料的理想選擇。

公開于該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

發明內容

本發明要解決的技術問題，在于提供一種新型光解水產氫復合材料，具體涉及富勒烯給受體復合材料的制備和在光催化領域中的應用，該復合材料可用作光催化劑，能解決現有光催化技術中高活性電子和空穴的分離效率低、吸收光的光譜范圍窄、光利用率低等技術問題，有助于光催化性能的大幅度提升。為解決以上技術問題，本發明提供了一種富勒烯給受體復合材料。

本發明富勒烯給受體復合材料采用光敏劑衍生物作為電子給體，富勒烯作為電子受體。具體地，本發明提供了以下技術方案：

一種具有光催化產氫活性的富勒烯給受體系復合材料，所述富勒烯給受體系復合材料包括富勒烯和光敏劑衍生物，其中所述富勒烯和光敏劑衍生物通過π- π共軛作用堆積或共價鍵合形成電子的給體受體復合物；

其中所述富勒烯選自空心富勒烯C_2a、金屬富勒烯A₂C₂@C_2b或金屬富勒烯 B₃N@C_2b中的任一種；其中30≤a≤60，39≤b≤44，A為Sc、La、Y中的任一種；B為Sc、La、Y、Ho、Lu、Er中的任一種；

其中所述光敏劑衍生物選自非金屬卟啉衍生物、金屬卟啉或其衍生物、金屬鈦菁或其衍生物、聯吡啶釕、葉綠素、曙紅、紫菜堿、玫瑰紅、羅丹明B、亞甲基藍中的任一種。

如前所述任一種具有光催化產氫活性的富勒烯給受體系復合材料，所述富勒烯給受體系復合材料包括富勒烯和光敏劑衍生物，其中富勒烯和光敏劑衍生物摩爾比選自1:1～1:3。

本發明一方面，前述富勒烯非金屬卟啉衍生物結構如式(I)所示：