[发明专利]一种席夫碱配位钴基光催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明涉及光催化固氮技术领域，尤其涉及一种席夫碱配位钴基光催化剂的制备方法及应用，制备方法包括以下步骤：（1）将胺类化合物与含羰基醛/酮类化合物溶解于无水乙醇中，加热搅拌回流，所得固体洗涤干燥后，得席夫碱配体粉末；（2）将N,N‑二甲基甲酰胺和无水乙醇进行混合，加入席夫碱配体粉末，再加入钴源，得前驱体；（3）溶剂热反应，洗涤干燥后，得席夫碱配位钴基光催化剂。本发明制备方法操作简单，条件易于控制，绿色环保，易于产业化；该光催化剂将席夫碱配位在过渡金属上，进一步提高可见光的利用率，可实现常温常压条件可见光照射条件下固定氮气，在可见光催化固氮领域中有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及光催化固氮技术领域，尤其涉及一种席夫碱配位钴基光催化剂的制备方法及应用。

背景技术

氮气是地球环境中含量最高的气体，但该氮气分子键能很高，需要很大的能量才可以进行固定，因此氮气是惰性气体之一。工业上固定氮气一直沿用Haber-Bosh法(300～500℃和15～25MPa)，但该法需要大量的化石燃料提供热量，且会产生大量的温室气体，因此亟需开发新型的可持续发展的方法代替传统固氮方法。

在常见的光催化介质中，石墨相氮化碳((g-C₃N₄)及其改性是目前研究最为广泛和深入的催化剂之一。由于其具有较宽的禁带宽度(Eg＝2.77eV)，只有较高能量的紫外线和近紫外线才能激发，而太阳光中的紫外辐射含量较低(仅占3％左右)，故其对太阳能的利用率较低。现有技术基本集中在g-C₃N₄基光催化剂的设计上，对其进行功能化修饰，提高响应的光催化性能。

中国专利文献上公开了“一种碘掺杂溴氧铋光催化剂在固氮方面的新应用”，其申请公布号为CN 111744507A，该发明的碘掺杂溴氧铋光催化剂呈微米球状，其化学式为Bi₄O₅Br_XI_2-X，在可见光下有良好的固氮性能。但是，该光催化剂的固氮效果不佳，且制备方法复杂，成本高，不利于产业化。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术中存在的问题，提供了一种席夫碱配位钴基光催化剂的制备方法，该方法操作简单，条件易于控制，绿色环保，易于产业化。

本发明还提供了一种由上述制备方法制得的席夫碱配位钴基光催化剂在可见光催化固氮领域中的应用。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种席夫碱配位钴基光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将胺类化合物与含羰基醛/酮类化合物溶解于无水乙醇中，加热搅拌回流，所得固体洗涤干燥后，得席夫碱配体粉末；该步骤利用等摩尔比的胺类化合物和含羰基醛/酮类化合物加热反应制得席夫碱配体粉末，原理为含羰基醛、酮类化合物与一级胺类化合物进行亲核加成反应，亲核试剂为胺类化合物，其化合物结构中带有孤电子对的氮原子进攻羰基基团上带有正电荷的碳原子，完成亲核加成反应；

(2)将N,N-二甲基甲酰胺和无水乙醇进行混合，加入步骤(1)得到的席夫碱配体粉末，再加入钴源，得前驱体；该步骤中，创造性地采用N,N-二甲基甲酰胺/无水乙醇混合溶剂，其中，N,N-二甲基甲酰胺作为非水溶剂不参与金属配位，可以有效溶解有机配体；一部分无水乙醇用来溶解金属盐，另外一部分作为有机配体，与配合物骨架发生弱的相互作用，从而调控催化剂的形貌，进一提高可见光催化固氮效果；

(3)将步骤(2)得到的前驱体进行溶剂热反应，所得固体洗涤干燥后，得席夫碱配位钴基光催化剂。

本发明通过具有光性能的有机配体席夫碱上羧基位置的氧与金属相配位，使得金属钴可以形成稳定的6配位，以稳定的氧化物的形式存在，本发明制得的席夫碱配位钴基光催化剂的结构式如下：

作为优选，步骤(1)中，所述胺类化合物选自邻氨基苯甲酸、间氨基苯甲酸、对氨基苯甲酸、3,5-二氨基苯甲酸和5-氨基间苯二甲酸中的一种。