[发明专利]三氮唑改性二氧化钛光催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供了三氮唑改性二氧化钛光催化剂及其制备方法，属于绿色能源技术领域，所述的三氮唑改性二氧化钛光催化剂由三氮唑化合物修饰二氧化钛所得；此外，本发明还进行了三氮唑改性二氧化钛光催化剂的光催化活性筛选，同时开展了三氮唑改性二氧化钛光催化剂的光照时间与氢气产量的关系研究；本发明制备的三氮唑改性二氧化钛光催化剂具有很高的光催化活性、光量子效率和产氢性能，可用于绿色能源技术领域中作为光催化剂电解水产氢制备氢能源。

技术领域

本发明涉及三氮唑改性二氧化钛光催化剂及其制备方法，属于绿色能源技术领域。

背景技术

能源危机和燃烧化石燃料引起的温室效应、大气污染已经成为制约人类社会发展的因素，与之相比，氢能因高效、清洁、无污染、可再生、燃烧产物只有水等优点而被认为是一种理想的绿色能源，氢能很有可能成为未来的主要需求能源。但是，地球表面的氢气浓度小于1 mg/L，占地球大气的很小一部分，而且氢在自然界中以化合态的形式出现，此外，工业上通过消耗大量能量热解石油和天然气制取氢气，因此，通过廉价而方便的方法制取氢气是具有重大意义的。二十世纪七十年代初，科学家发现在氙灯的照射下，二氧化钛产生电动势，电解水产生氢气，将光能转变为化学能储存于氢气中。二氧化钛是一种廉价、性质稳定的光催化剂，但是，它只能在能量高的紫外光下催化产氢，不能利用能量低的可见光产氢，这导致二氧化钛的光量子效率低。

发明内容

本发明解决二氧化钛光催化剂光量子效率低的技术问题。

本发明提供了三氮唑改性二氧化钛光催化剂及其制备方法，通过合成具有光活性的物质含有三氮唑的化合物对二氧化钛进行光敏化，延伸二氧化钛的激发波长范围，进而提高二氧化钛的光量子效率，此外，本发明同时提供了三氮唑改性二氧化钛光催化剂在绿色能源技术领域中的电解水产氢应用。

本发明所述的含有三氮唑的化合物，其特征在于，具有如式Ⅰ所示的化学结构通式：

式Ⅰ，

其中：R¹ 和R²均选自2-10个碳原子的烷基、苯基、苄基。

本发明所述的含有三氮唑的化合物的合成方法，如下所示：

其中，A5固体的具体合成路线如下：

具体实验步骤如下：

在圆底烧瓶中依次加入五氟苯甲醛、硝基乙酸乙酯、叠氮化钠、DMSO，搅拌均匀，加入三氯化铝，水浴并搅拌，TLC监测反应，反应完全后加入去离子水和浓盐酸抑制AlCl₃的水解，乙酸乙酯萃取3次并合并有机层，饱和氯化钠洗涤，无水硫酸钠干燥，减压除乙酸乙酯，过柱纯化干燥，即得A2固体。

在三颈烧瓶中依次加入A2固体和乙腈并搅拌，加入碳酸钾，逐滴滴加卤代化合物，水浴，冷却过滤并脱溶，通过柱层析纯化干燥得A3固体，所述卤代化合物具有通式R¹X。

优选的，R¹X中R¹选自2-10个碳原子的烷基、苯基、苄基，X选自氟、氯、溴、碘。

在圆底烧瓶中加入甲醇、THF和去离子水，搅拌，加入A3固体、氢氧化钠，室温搅拌，减压除溶，加入二氯甲烷溶解，饱和氯化钠洗涤，无水硫酸钠干燥，减压除溶剂，过柱纯化干燥，即得A4固体。

优选的，所述氢氧化钠的质量是A3固体的1.1倍。

在三颈烧瓶中加入A4固体、甲苯和二氯亚砜，加热回流，冷却并脱溶、干燥，即得A5固体。

另外，B4固体的具体合成路线如下：

具体实验步骤如下：