[发明专利]一种三重态-三重态湮灭上转换产氢体系及其构建方法和应用

说明书

本发明公开了一种三重态‑三重态湮灭上转换产氢体系，该上转换产氢体系包含光敏剂、受体分子、产氢催化剂和牺牲体；所述光敏剂为钯卟啉；所述受体分子为9,10‑二苯乙炔基蒽；所述产氢催化剂为Cd_0.5Zn_0.5S；所述牺牲体为Na₂SO₃和Na₂S。该上转换产氢体系具有好的稳定性和高效的催化产氢活性。本发明还公开了该上转换产氢体系的构建方法和其在光催化产氢中的应用。

技术领域

本发明涉及能源科学和催化科学领域。更具体地，涉及一种三重态-三重态湮灭上转换产氢体系及其构建方法和应用。

背景技术

能源问题和环境问题是当今人类面临的两大问题。化石燃料作为主要的能量来源在工业生产中具有极其重要的作用，但由于其不可再生性及对环境的污染性，寻找可再生的经济型清洁能源就成为了世界性课题(Armaroli,N.et al.Angew.Chem.Int.Ed.2007,46(1-2),52-66)。太阳能作为可持续的清洁能源受到人们的广泛关注。有效的利用太阳能不但可以部分解决化石能源面临耗尽的危机，还可以减少化石燃料燃烧对环境的污染。从而，将太阳能有效的转化为可直接利用的能源成为了人们研究的重点。

氢气被认为是最理想的清洁能源，它的燃烧产物为水，不会对环境造成污染，同时具有热值高，便于运输和储存等特点，利用太阳能制氢可以实现太阳能的有效利用。近十年里，人们已经成功构建出众多的可将光催化产氢体系，产氢量子效率也逐步提高(例如，Pfeffer,M.G.，Kowacs,T.，Wachtler,M.，Guthmuller,J.，Dietzek,B.，Vos,J.G.，Rau,S.，Angewandte Chemie-International Edition,2015,54(22),6627-6631；Das,A.,Han,Z.J.,Brennessel,W.W.,Holland,P.L.,Eisenberg,R.,Acs Catalysis,2015,5(3),1397-1406)，但目前所构建的产氢体系对太阳能的利用主要集中在短波段，对于长波段太阳光的利用有限。

三重态-三重态湮灭(triplet-triplet annihilation，简称TTA)上转换最早由Parker和Hatchard在20世纪60年代提出(Parker,C.A.,Proceedings of the RoyalSociety of London Series a-Mathematical and Physical Sciences,1963,276,125-135；Parker,C.A.,Hatchard,C.G.,Proceedings of the Royal Society of LondonSeries a-Mathematical and Physical Sciences,1962,269,574-584.)，他们在菲和萘的混合溶液中通过选择性激发菲，观察到了萘的反斯托克延迟荧光。基于TTA上转换的机理为：三重态光敏剂受激发到达激发单重态，通过系间穿越到达三重态，三重态光敏剂将能量传递给受体分子，受体得到能量到达三重态，当处于三重态的受体分子达到一定浓度后，两个三重态受体分子相互碰撞，以一定几率产生一个单重激发态的受体分子，另一个受体分子则到达基态，此时处于单重激发态的受体分子可以发出荧光，实现上转换发光。

迄今为止，还未有利用TTA光子上转换技术催化产氢的相关报道。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种三重态-三重态湮灭上转换产氢体系，该体系稳定性好，且首次将三重态-三重态湮灭上转换技术用于光催化产氢，实现了将原本不能被产氢体系利用的长波长光能用于催化产氢。

本发明的第二个目的在于提供一种构建三重态-三重态湮灭上转换产氢体系的方法。

本发明的第三个目的在于提供三重态-三重态湮灭上转换产氢体系在光催化产氢中的应用。

为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：