[發明專利]一種催化劑及其制備方法、光電化學器件及其應用

在審

• 申請號: 202310416116.2
• 申請日: 2023-04-18
• 公開（公告）號: CN116606329A
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 王要兵;周恩博
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所;閩都創新實驗室
• 主分類號: C07F19/00
• 分類號: C07F19/00;B01J31/18;C25B1/04;C25B1/23;C25B1/55;C25B11/052;C25B11/054;C25B11/085;C25B11/087
• 代理公司: 北京元周律知識產權代理有限公司 11540
• 代理人: 李博

本發明公開了一種催化劑及其制備方法、光電化學器件及其應用，屬于化工材料技術領域。所述催化劑由單體A與單體B經耦合得到；單體A選自含卟啉類化合物或含金屬卟啉類化合物(鐵或鈷或鎳或釕或銅或鋅或銥或鉑)；單體B選自含氨基或醛基類化合物；含卟啉類化合物的化學結構式為式I，含金屬卟啉類化合物的化學結構式為式II；Rsubgt;1/subgt;、Rsubgt;2/subgt;各自獨立地選自氨基或醛基；單體A中Rsubgt;1/subgt;或Rsubgt;2/subgt;為氨基時，單體B至少含有醛基；單體A中Rsubgt;1/subgt;或Rsubgt;2/subgt;為醛基時，單體B至少含有氨基。本發明催化劑可在光/光電場下利用其可逆氧化還原基團特點實現光電化學能轉化且轉化效率高，也可避免使用犧牲劑與光敏劑，改善了電子?空穴分離效率低與能源損耗等問題。

技術領域

本發明屬于化工材料技術領域，尤其涉及一種催化劑及其制備方法、光電化學器件及其應用。

背景技術

通過太陽能可控的轉化為化學能從而獲得清潔，可再生能源的方法被各界認為是解決目前能源危機的最有效方法。為了避免化學能源的大量消耗和日益增長的能源問題，目前研究專注于通過解析、模仿自然界光合作用進而達到實現人工光合作用的目標。其中，人工光電化學系統能夠將清潔的太陽能轉化為化學能，具備高效、經濟、便攜和無污染的特點。通過光/光電催化水分解或二氧化碳還原，可實現直接進行太陽能到化學能的轉換，最終實現光/光電化學能連續存儲與轉化。

大量研究致力于人工光電化學系統的發展，使其在陽光利用方面更加高效。通過光/光電催化水分解或CO₂還原，可以在光/光電化學系統中直接進行太陽能到化學能的轉換過程。其中光/光電催化水分解生成O₂由于其復雜的四電子氧化過程是關鍵半反應，亟需提高該反應光電轉化效率。而且，高效可控光/光電化學器件的構筑，也是目前亟需攻克的難點。

分子基催化劑是一類具有催化活性位點和優秀電荷轉移的光/光電催化劑，其結構多樣性(包括催化中心、配體和金屬種類)和功能化的精確性使其在催化、化學傳感器和光催化等方面有廣泛應用。然而，在光/光電化學體系中，為實現能源存儲與轉化的不斷循環，往往需要加入額外的犧牲試劑，這就造成了體系能量損耗問題。

發明內容

本發明提供了一種催化劑及其制備方法、光電化學器件及其應用，主要目的是解決光電催化中加入犧牲試劑而造成能量損耗大，光電化學能轉化率低的技術問題。

一方面，本發明提供了一種催化劑，所述催化劑由電子供體單元與電子受體單元經耦合得到；

所述電子供體單元來自于含卟啉類化合物；

所述電子受體單元來自于含氨基或醛基類化合物；

其中，所述含卟啉類化合物的化學結構式為式I或式II所示：

其中，R₁、R₂各自獨立地選自氨基或醛基；

式II中金屬M至少選自鐵、鈷、鎳、釕、銅、鋅、銥、鉑中的一種；

當所述電子供體單元的化學結構中R₁或R₂為氨基時，所述電子受體單元的化學結構中至少含有醛基；

當所述電子供體單元的化學結構中R₁或R₂為醛基時，所述電子受體單元的化學結構中至少含有氨基。

本發明選用含卟啉類化合物作為電子供體來源，是因為卟啉金屬配合物中的金屬原子或卟啉化學結構式中的N原子可直接或間接起到催化轉化作用。

可選地，所述含氨基或醛基類化合物至少包括含氨基或含醛基的聯吡啶類化合物或其金屬配合物。