[发明专利]湿法制造氯铝酞菁纳米微粒和其在可见光响应型光降解上的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种光降解技术，具体说是一种有机半导体微粒在光降解上的应用。 

背景技术

在半导体表面上的有机污染物光催化降解，为各种各样的环境问题提供了一条可行的解决办法。由于地球表面不到5％的太阳通量事件发生在UV层，对于用作氧化分解有机污染物的可见光响应型光催化剂半导体的搜寻是材料科学的一个崇高使命。目前为止，用作降解反应的可见光响应型光催化剂主要基于无机半导体上，包括金属氧化物，金属硫化物，金属氮氧化物和金属硫氧化物。在可见光照射下的分解水或有机污染物分解上，他们中的一些已经实现了高量子效率。但是，对于那些可见光响应的无机光催化剂，太阳光谱的很大一部分(λ＞650nm)现在仍未被利用。除了无机光催化剂，一种有机光催化剂，石墨-C₃N₄，最近被Domen和他的同事报导用作水分解，但其响应的吸收仍小于约550纳米。所以，对于可见光区域高度活性的光催化剂的创造仍然代表了该领域的主要挑战。相对于无机半导体，有机半导体有更好的可见光响应甚至近红外光响应。 

发明内容

本发明所使用的氯铝酞菁(AlPcCl)采用再沉淀法制备，采用再沉淀法制备的氯铝酞菁(AlPcCl)纳米微粒可用于光催化剂，分解多种有机物产生二氧化碳。其机制应与无机光催化剂相似：在光照射下，氯铝酞菁(AlPcCl)的电子由价带被激发到导带，从而产生位于导带和价带的电子孔穴对。导带的电子参与氧气的还原反应，价带的孔穴氧化有机物，接受来自有机物的电子。经过多电子过程后，最终将有机物分解为二氧化碳和水。虽然目前AlPcCl粒子的光催化效率比较低，但通过选择具有更强氧化能力的氯铝酞菁(AlPcCl)或在氯铝酞菁(AlPcCl)粒子上沉积贵金属粒子，将会提高光催化效率。 

粒子制备：AlPcCl和C₆₀都能在N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中溶解，但是它们在NMP和水的混合溶剂中聚集并形成纳米晶粒。C₆₀，AlPc，或者复合材料粒子按如下制备：34.4毫克C₆₀或/和AlPcCl在40毫升NMP溶剂中溶解；此溶液中注入400毫升水，搅拌速率每分 钟750转，注射泵注射速率5毫升每分钟(体积比NMP∶水＝1∶10)。注射完毕，悬浮液继续搅拌另外半个小时。接着加入4毫升1M HCl溶液(体积比HCl溶液/悬浮液＝1∶100)，悬浮液静止过夜来过滤收集粒子(亲水性PTFE膜，孔径为0.2微米)，其中的NMP和HCl用水轻轻洗掉。 

分析：溶液和悬浮液的UV/可见光谱由UV-3100s记录。干粒的漫反射光谱同样由带有涂抹了样品的UV-3100s测量。用扫描电子显微镜(SEM)测量方法来观察不同粒子的形貌，使用JEOL JSM 7400FS扫描电镜。X-射线粉末衍射方法是在衍射仪上进行，使用铜靶照射。 

光电测量法：在滤膜上的粒子可在水中用超声方法再分散，在超声后，悬浮液被调整到一个合适的制造电极的浓度。所有的光电测量法都在一个标准的三电极系统中进行。此系统装有一个铂丝对电极和一个Ag/AgCl(在饱和氯化钟电溶液中)参考电极，使用循环伏安法工具。工作电极接到充满氮气的0.1摩尔每升的硝酸钾溶液中，该溶液含有2×10^-3摩尔每升的三甲胺。卤素灯作为光源，从ITO玻璃一边照射工作电极。光强为100mW/cm²，并通过一个光功率计来监视纠正。 

三甲胺(TMA)的光催化降解。复合材料粒子的光催化活动通过水中TMA的光降解来评估。在测试中，使用一个封闭的圆柱形高硼硅玻璃容器(5毫升，外径：16.5毫米，高度：45毫米)，2毫克的催化剂粉末通过超声分散在2毫升的TMA水溶液(20ppm)中，并在反应中使用搅拌来帮助分散。接下来该反应器用500瓦卤素灯产生的可见光照射，卤素灯含一个紫外截止滤光片的和一个水中红外截止滤光片，使得反应器保持室温。光强为23mW/cm²，并通过一个光功率计来监视纠正，照射范围约3.5平方厘米。反应40小时后，产生的二氧化碳被气相色谱检测到。 

实验结果： 

AlPc特性描述 

由图1可见氯铝酞菁粒子悬浮液的吸收峰相比其溶液发生了位移和变宽。这证明了氯铝酞菁粒子的形成。