[发明专利]一系列卤族元素掺杂共价三嗪有机聚合物可见光光催化剂及其制备和应用有效

专利信息
申请号: 201810118921.6 申请日: 2018-02-06
公开(公告)号: CN108325561B 公开(公告)日: 2020-11-10
发明(设计)人: 毕进红;程智;李留义;吴棱 申请(专利权)人: 福州大学
主分类号: B01J31/06 分类号: B01J31/06;C01B3/04
代理公司: 福州元创专利商标代理有限公司 35100 代理人: 蔡学俊;林文弘
地址: 350108 福建省福*** 国省代码: 福建;35
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摘要:
搜索关键词: 一系列 卤族 元素 掺杂 共价 有机 聚合物 可见光 光催化剂 及其 制备 应用
【说明书】:

发明属于材料制备及光催化技术领域,公开了一系列卤族元素掺杂共价三嗪有机聚合物可见光光催化剂及其制备方法和应用。采用简单的热处理法合成卤族元素掺杂共价三嗪有机聚合物可见光光催化剂。该系列催化剂具有良好的可见光响应,能够实现可见光分解水产氢,为能源危机提供了一种潜在的解决方案,并且该合成方法简单便捷,适用范围广,具有较大的应用潜力。

技术领域

本发明属于材料制备及光催化技术领域,具体涉及一系列卤族元素掺杂共价三嗪有机聚合物可见光光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

半导体光催化技术通过直接利用太阳光驱动化学反应,将低密度的太阳能转化为高密度的化学能,在解决能源短缺和环境问题等方面表现出巨大的潜力。在已经发展的新型光催化材料中,共价有机框架材料(COFs)是一类由共价键连接的具有高度结晶结构的有机多孔聚合物,具有密度轻、比表面积大和稳定性好等优点。共价三嗪有机聚合物(CTFs)是一类典型的共价有机框架材料,内部是由三嗪环连接有机官能团而形成的框架结构。CTFs的光吸收性能显示其具有可见光响应及合适的能带结构,是一类拥有潜在发展前景的新型有机光催化材料。

研究表明,共价三嗪有机聚合物(CTFs)能够利用可见光分解水产生氢气,但是仍存在光生载流子复合率高,量子效率低的问题,制约了其在光催化领域的进一步应用。非金属元素掺杂能够对半导体原有的能级结构进行修饰,使其价带杂化,扩展其价带,抬升价带顶,缩短禁带宽度,从而吸收更为丰富的可见光。此外,杂化产生的能带更有利于空穴的转移,从而提高量子产率。

发明内容

本发明的目的在于提供了一系列卤族元素掺杂共价三嗪有机聚合物可见光光催化剂及其制备方法和应用。采用简单的热处理方法合成该光催化材料,而且所制备的光催化材料具有良好的可见光响应,能够实现可见光光解水产氢。

为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:

本发明采用简单的热处理方法合成卤族元素掺杂共价三嗪有机聚合物可见光光催化剂,卤族元素的掺杂浓度为2.5-20 wt%,其中共价三嗪有机聚合物与卤化铵的质量比为0.025-0.2:1。

所述的制备方法的具体步骤为:

(1)共价三嗪有机聚合物的制备

在0 ℃条件下,将40 mL三氟甲烷磺酸缓慢加入到5.12 g对苯二甲腈中,更换油浴且升温至30℃,静置3天后将所得固体搅碎,用100-160 mL二氯甲烷冲洗过滤,再用氨水洗涤,然后加入100-200 mL氨水搅拌12 h,水洗离心至中性,再用甲醇清洗离心一次;收集固体沉淀用甲醇在80-100℃条件下回流24 h,再用二氯甲烷在60-80℃条件下回流24 h;在80℃条件下真空干燥12 h,得到共价三嗪有机聚合物。

(2)卤族元素掺杂共价三嗪有机聚合物可见光光催化剂的制备

分别称取1-8 g卤化铵和0.2 g共价三嗪有机聚合物混合于30 mL蒸馏水中,超声分散0.5-1 h后在90 ℃油浴条件下加热除去水分;得到的固体在马弗炉中200-250 ℃条件下煅烧1-2 h;待自然冷却至室温后将烧结的固体研磨成粉,用甲醇在80-100 ℃条件下回流12-32 h;将回流后的样品水洗离心至离子浓度小于10 ppm,在60 ℃下干燥12 h后即得到卤族元素掺杂共价三嗪有机聚合物可见光光催化剂。

应用:所述卤族元素掺杂共价三嗪有机聚合物可见光光催化剂可应用于可见光光解水产氢。

本发明的显著优点在于:

(1)本发明首次将卤族元素引入共价三嗪有机聚合物中,开发出一种新型的非金属元素掺杂的可见光光催化材料;

(2)本发明制备方法简单便捷,能够快速合成该系列光催化材料;

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