[发明专利]具有光解水性能的双共轭聚合物催化剂体系

说明书

本发明涉及一种具有光解水性能的双共轭聚合物催化剂体系。双共轭聚合物催化剂体系的主要成分是由含硫和含氮的共轭聚合物组成。它可以是同时含硫和含氮的共轭均聚物，也可以是含硫与含氮二元共轭共聚物;或含硫共轭聚合物与含氮共轭聚合物两种及两种以上共轭聚合物的混合物；双共轭聚合物催化剂体系的次要成分为金属氧化物。该催化剂体系中，当主要成分为含硫与含氮二元共轭共聚物或含硫共轭聚合物与含氮共轭聚合物的混合物时，含硫共轭聚合物的质量占含硫和含氮共轭聚合物总质量的百分数为：0%~100%；次要成分金属氧化物占催化剂体系总质量的百分数为：0%~50%。本发明所制备的催化剂体系与水混合，在可见光照条件下可以催化水光解产生氢气。

技术领域

本发明涉及一种具有光解水性能的双共轭聚合物催化剂体系。

背景技术

氢是地球上储备丰富的清洁可再生能源。近年来随着制氢业的发展，氢能因其具有高效、安全、清洁等优点而成为未来最有希望替代矿物非可再生能源的新能源。氢主要以化合物的形式存在于石油、天燃气及水等化合物中。制氢类研究因此可分为两类，一类是以矿物质资源进行的催化降解重整制氢气，例如石油和天燃气；另一类是水解制氢法。前者产物除氢气外还有碳氧化合物生成，伴随温室效应的加重，而水解法制氢生成物清洁，且其原料和燃烧产物同样为水，形成了良性的生态循环，因而受到了高度关注，特别是利用光能源在催化剂的作用下光解水制氢法成为当下研究的热点。

自然界中的绿藻在代谢过程中伴有析氢现象发生，其活性中心为铁氧还蛋白。受此启发，为了模拟绿藻体内的铁氧还蛋白，我们选择含硫共轭聚合物作为电子供体，在光照条件下将光能转化成化学能，以激发电子的形式存在。选择金属氧化物作为产氢活性中心，接受激发电子用来还原水产生氢气。选择含氮共轭聚合物提高光生载流子的捕获能力和水的裂解效率。通过聚合物中硫和氮与无机物中的金属元素所形成电子传递通道，将产生的激发电子传递给作为产氢活性中心。因此本发明选用含硫共轭聚合物和含氮共轭聚合物模拟铁氧还蛋白设计一种具有光解水性能的双共轭聚合物催化剂体系。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有光解水性能的双共轭聚合物催化剂体系。在可见光照射下，该催化剂在水中具有分解水产生氢气的功效。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有光催化能力的双共轭聚合物催化剂体系，其特征在于该催化剂体系的主要成分是含硫和含氮的共轭聚合物，其次要成分为金属氧化物，所述的金属氧化物的质量占催化剂体系总质量的0%~50%；所述的含硫和含氮的共轭聚合物为：同时含硫和含氮的共轭均聚物，记做均聚物A、含硫与含氮的二元共轭共聚物，记做共聚物B或含硫共轭聚合物与含氮共轭聚合物两种及两种以上共轭聚合物的混合物，记做混合物C。

上述的共聚物B或混合物C中，含硫共轭聚合物的质量占含硫和含氮共轭聚合物总质量的百分比为：0%~100%。

上述的金属氧化物为过渡金属元素或主族金属元素。

上述的过渡金属元素为：铁、铜、镍或锌；所述的主族金属元素为钙、镁、锶、钡或铝。

上述含硫共轭聚合物单体为噻吩及噻吩衍生物或带有巯基、硫醚基、环硫醚基、硫代乙酸基含硫官能团的共轭聚合物单体。

所述均聚物A（即含硫和氮共轭均聚物）可以是由同时含硫和氮的共轭聚合物单体经过化学氧化聚合法、电化学合成法、金属催化偶联法、光电化学沉积法等聚合方法制备而成；也可以是由同时含硫和氮的共轭聚合物的单体通过化学氧化聚合法、电化学合成法在金属氧化物表面进行原位聚合制备而成。

所述催化剂体系中，当主要成分为均聚物A（即含硫和氮的共轭均聚物）时，引入金属氧化物的方法，可以是将均聚物A与金属氧化物机械混合；也可以是含硫和氮共轭均聚物单体在金属氧化物表面进行原位聚合。