[發明專利]PANI/NENP-1復合催化劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210184466.6
• 申請日: 2022-02-25
• 公開（公告）號: CN114768870A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 程清蓉;張鶴玲;吳漢軍;潘志權;周紅
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: B01J31/06
• 分類號: B01J31/06;B01J35/06;C01B3/04;C02F1/30;C02F101/38
• 代理公司: 武漢智嘉聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 42231
• 代理人: 姜婷

本發明公開了一種PANI/NENP?1復合催化劑及其制備方法和應用，所述PANI/NENP?1復合催化劑以PANI為載體，通過溶劑熱法在PANI表面負載NENP?1，使其形成匹配的異質結，從而得到高催化活性的復合材料。該復合催化劑制備簡單，成本低，在污染物降解和光催化水制氫方面有很大的應用潛力。

技術領域

本發明屬于光催化劑技術領域，具體涉及一種以導電高分子PANI為載體，負載富含氮原子的COFs(即NENP-1)形成的PANI/NENP-1復合催化劑，及其制備方法和在光催化降解廢水污染物和光催化裂解水制氫中的應用。

背景技術

半導體光催化技術被認為是解決能源匱乏和環境污染等問題的重要方式，其中，導電聚合物因其特殊的摻雜和去摻雜特性，使其具備了半導體的特性，作為較早研究的導電聚合物，聚苯胺(PANI)在光催化中也得到了關注與研究，但聚苯胺單體的催化效果一般。

共價有機框架(COFs)是有機單體通過共價鍵結合形成的晶體多孔材料，因其可調諧的孔隙率、可修飾的骨架和精確的原子結構而備受關注。COFs可以提供多種高速電荷載流子傳輸(電子、空穴和離子)途徑，包括共軛骨架、堆積層間重疊的p電子云和開放的渠道與可變的化學環境，具備在光催化領域發展的潛能，但是目前的COFs材料的光催化性能并不顯著。

三聚氯氰中存在三個易拆卸的氯基，容易與三聚氰胺發生親核取代反應，三聚氰胺中唯一的對電子使它成為一種良好的親核試劑，可以發生縮合反應產生三嗪框架。三嗪結構的有機共價框架材料(NENP-1)因其較高的比表面積，發達的孔結構，良好的熱穩定性和較高的N/C比，使其在光催化方面具有應用潛力。

發明內容

有鑒于此，本發明將聚苯胺和三嗪結構的有機共價框架材料復合，得到高比表面積、高活性的催化劑，有效解決了聚苯胺單體和COFs在光吸收能力和光生載流子分離效率方面的問題。

本發明的技術方案具體如下：

本發明提供了一種PANI/NENP-1復合催化劑，在該催化劑中PANI與NENP-1形成了匹配的異質結。

優選地，PANI與NENP-1的質量比為3～7∶1。

本發明還提供了制備上述PANI/NENP-1復合催化劑的方法，具體為：以二甲基亞砜和乙酸混合液為溶劑，加入聚苯胺單體、三聚氰胺和三聚氯氰，于微波反應器進行反應，將所得沉淀洗滌干燥即為復合催化劑。

優選地，所述聚苯胺單體的制備方法為：將苯胺與對苯二胺溶于鹽酸溶液得到溶液A，將過硫酸銨溶于鹽酸溶液得到溶液B，將溶液B加入到溶液A中，并于氮氣環境下冰水浴反應8～10h，將產物洗滌干燥。

更加優選地，所述苯胺、對苯二胺和過硫酸銨的摩爾比為1∶0.05～0.01∶1；對苯二胺在反應過程中作為成核中心，可以在反應初始階段快速成核，加快反應速率，利于納米纖維的形成，控制對苯二胺加入量，能夠改變聚苯胺纖維的形貌。

優選地，所述微波反應的反應溫度為120～150℃且反應時間為0.5～4h。

優選地，所述三聚氰胺與三聚氯氰的摩爾比為1∶1，聚苯胺單體與三聚氰胺的質量比為6～25∶1。

優選地，所述沉淀洗滌用的洗滌液為四氫呋喃和乙醇；洗滌方法為：先用熱的四氫呋喃洗滌多次，再用熱的乙醇洗滌多次。

另外，本發明制備的PANI/NENP-1復合催化劑能用于降解染料廢水和光催化裂解水制氫，且催化活性顯著高于單體材料。

本發明的有益效果為：在聚苯胺納米纖維管上負載NENP-1，形成匹配的異質結，顯著提高了其光催化活性，且在廢水處理和光催化制氫方面有良好的應用前景。

附圖說明

圖1為本發明制備的復合催化劑與PANI、NENP-1的形貌對比圖；