[发明专利]具有可见光光催化活性的杂多酸催化剂及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种由二氯化三2，2’-联吡啶合钌敏化杂多酸构成的光催化剂，更尤其涉及一种即使在可见光范围内也具有高催化活性的光催化剂。

背景技术

随着工业的发展，人类本已有限的水资源受到日益严重的污染，清除水体中的有毒有害化学物质如农药、有机染料等成为环保领域的重要工作。但目前水污染的处理方法大多是针对排放量大、浓度较高的污染物，对于水体中浓度低、难以转化的优先污染物的净化还无能为力。而80年代发展起来的光催化降解技术却为这一问题的解决提供了良好的途径。但在过去20多年的研究中，大量的注意力集中在用紫外光照射有机污染物的光催化降解。然而，使用紫外光存在一些局限，如耗电量大，价格昂贵等，而且太阳光中只有低于5％的紫外光。因此，尝试采用价格便宜、成本低廉的可见光来处理环境污染物，或直接利用太阳光来处理废水，对环保和节能都具有极其重要的意义。

杂多酸(Polyoxometalates，POMs)类化合物一般因在紫外光区域的光敏性而具有催化作用，研究表面，POMs能够高效氧化分解有机污染物，但其具有比表面积小(1-10m²/g)，易溶于水等极性溶剂而难于回收，只能吸收紫外光的缺点，限制了它的广泛应用。而把POMs用某些能够吸收可见光的大的阳离子敏化，使其能够吸收可见光，可以有效解决这一问题。化学共沉淀法是构筑此类敏化杂多酸材料的一种简单可靠的方法。利用二氯化三2，2’-联吡啶合钌敏化杂多酸作为光催化材料进行有机染料降解还未见报道。

发明内容

本发明是制备了一种由二氯化三2，2’-联吡啶合钌敏化杂多酸，即使在可见光范围内也能够高效光催化降解有机染料的有机-无机杂化材料。

本发明制备的具有可见光光催化活性的杂多酸催化剂，由杂多酸阴离子MX₁₂O₄₀^n-(M＝B，Si，P；X＝W，Mo)和三2，2’-联吡啶合钌阳离子构筑。

本发明采用化学共沉淀法制备该杂多酸催化剂。通过将磷钼酸和二氯化三2，2’-联吡啶合钌以物质的量比2∶3反应，随后在搅拌条件下，在80度反应1h得到。

本发明采用的杂多酸为H₃PMo₁₂O₄₀，用PMo代表其阴离子部分。本发明采用的敏化剂为二氯化三2，2’-联吡啶合钌。其阳离子部分用R代表，其结构式如下：

本发明制备的杂多酸催化剂用于降解有机染料，尤其可用于降解甲基橙、甲基蓝、玫瑰红或刚果红或与前述有机染料具有相同生色团的有机染料。

本发明制备的具有可见光光催化活性的有机-无机杂化材料是首次合成的。该材料是通过静电作用把两种阴阳离子结合在一起，它不仅保留了杂多酸高效的光催化活性，而且由于三二二联吡啶合钌阳离子的存在，可以有效的吸收可见光，有利于提高POMs的在可见光区域的光催化效率。本发明制备的具有可见光光催化活性的有机-无机杂化材料对甲基橙、甲基蓝、玫瑰红、刚果红等有机染料有很高的降解作用。

具体实施方式

实施例1：R-PMo有机-无机杂化材料的制备

将溶解有磷钼酸的水溶液，缓慢滴加到溶解有二氯化三2，2’-联吡啶合钌的水溶液钟，使两者的物质的量比为二比三，然后混合溶液在80度下反应1h，得到红褐色沉淀。过滤后，沉淀用蒸馏水，乙醇，乙醚，分别洗涤三次，干燥，即得到由二氯化三二二联吡啶合钌敏化磷钼酸杂化材料。

R-PMo杂化材料的紫外可见光谱通过美国PerkinElmer公司生产的Lambda-900型的紫外可见近红外分光光度计表征。其漫反射光谱表明制备的R-PMo杂化材料最强的吸收峰在560nm，相对于磷钼酸的吸收峰260nm，R-PMo杂化材料可以吸收可见光，表明二氯化三2，2’-联吡啶合钌成功对磷钼酸进行了光敏化。

R-PMo杂化材料的粉末衍射图谱通过Dmax2500粉末衍射仪表征。其XRD图谱表明，该杂化材料具有典型的层状结构，其最大层间距为1.21nm。

R-PMo杂化材料的比表面积通过ASAP2020比表面和孔隙度分析仪表征。分析表明该R-PMo杂化材料的比表面积为64m²/g，相对于杂多酸有了很大提高，有助于提供杂化材料的催化活性。

实施例2：R-PMo有机-无机化材料的可见光光催化活性测试