[发明专利]含有金属氧化物的复合材料及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了复合材料及其制备方法和用途。其中，复合材料包括：氮化碳基体，所述氮化碳基体具有片状结构；助剂，所述助剂负载在所述氮化碳基体上，所述助剂包括金属氧化物颗粒和金属单质颗粒，所述金属氧化物颗粒适于吸引空穴，所述金属单质颗粒适于吸引电子。发明人发现，该复合材料结构简单、易于实现，在太阳光的激发作用下具备较高的还原能力，在光照条件下可以有效将水还原以得到氢气，还可以高效的将降冰片二烯异构化以获得四环庚烷，从而可以利用可再生能源制备得到新型燃料氢能和四环庚烷，适于大规模生产。

技术领域

本发明涉及光催化技术领域，具体的，涉及复合材料及其制备方法和用途，更具体的，涉及复合材料、复合材料的制备方法以及复合材料在光催化制氢以及降冰片二烯光化学异构制四环庚烷方面的用途。

背景技术

目前，对可再生能源的开发与利用越来越迫在眉睫。可再生能源主要包括太阳能、风能、水能等，其中，太阳能被认为是最有前景的替代能源之一，对太阳能的高效利用和转换是目前的研究热点。目前，利用太阳能合成新型燃料越来越受到关注。

新型燃料合成在机械、军工、航天等领域有着重要的意义。氢能具有热值高、清洁、环保等优点，是最具前景的绿色能源之一。液氢与液氧组成的双组元低温液体推进剂在通讯卫星、航天飞机等运载火箭中有着重要的应用。除液氢外，四环庚烷也是一种性能优良的高能航空航天碳氢燃料。四环庚烷是一种典型的高张力笼状液态烃，密度达到0.98g·cm^-3、冰点低于-40℃，稳定性好，可安全储运，可由降冰片二烯光催化异构制备得到。开发新型高效的氢气和四环庚烷的合成方法，是一直以来的研究重点。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种复合材料，该复合材料在太阳光的激发作用下可以有效产生电子和空穴，电子和空穴的复合率较低，还原能力较强，适用于光催化制氢或者降冰片二烯光化学异构制四环庚烷。

在本发明的一个方面，本发明提供了一种复合材料。根据本发明的实施例，该复合材料包括：氮化碳基体，所述氮化碳基体具有片状结构；助剂，所述助剂负载在所述氮化碳基体上，所述助剂包括金属氧化物颗粒和金属单质颗粒，所述金属氧化物颗粒适于吸引空穴，所述金属单质颗粒适于吸引电子。发明人发现，该复合材料结构简单、易于实现，在太阳光的激发作用下，氮化碳基体会产生电子和空穴，金属氧化物吸引空穴，金属单质吸引电子，从而提高电子和空穴的利用率进而可以提高对光能的利用率，且在金属氧化物和金属单质的共同作用下可以有效将电子和空穴分离开来，降低电子和空穴的复合率，使得复合材料具备较高的还原能力，在光照条件下可以有效将水还原以得到氢气，还可以高效的将降冰片二烯异构化以获得四环庚烷，从而可以利用可再生能源制备得到新型燃料氢能和四环庚烷，适于大规模生产。

根据本发明的实施例，所述金属单质颗粒形成在所述氮化碳基体以及所述金属氧化物颗粒的表面上。由此，金属单质与金属氧化物之间的位置关系更有利于电子和空穴的分离，使得复合材料的还原能力更强，光催化制备氢气和降冰片二烯光催化异构制备四环庚烷的能力更强。

根据本发明的实施例，所述金属氧化物颗粒的粒径为10纳米-20纳米。由此，金属氧化物颗粒的比表面积较为合适，捕获空穴的能力较强，可以有效将空穴与电子分离开来。

根据本发明的实施例，金属单质颗粒的粒径为3纳米-8纳米。由此，金属单质的比表面积较为合适，捕获电子的能力较强，可以有效将电子与空穴分离开来。

根据本发明的实施例，基于所述复合材料的总质量，所述复合材料包括：0.5-10wt％的所述金属氧化物；0.1-5wt％的所述金属单质；以及余量的所述氮化碳基体。由此，复合材料分离和传输电子和空穴的能力更强，还原能力更强，更有利于光催化制备氢气和降冰片二烯光催化异构制备四环庚烷。