[发明专利]一种共轭微孔聚合物及其制备方法和应用

说明书

本发明光催化CO₂领域，具体涉及一种共轭微孔聚合物及其制备方法和应用。本发明首次设计并合成的窄带隙的共轭微孔聚合物能够用于在红光照射下将CO₂选择性还原为CO和CH₄。通过将给电子的芘和缺电子的芴酮衍生物引入到聚合物骨架中，所得聚合物光学带隙介于1.61‑1.74eV，表现出宽广的光学吸收，吸收范围覆盖整个可见光区。在可见光下，表现出了很好的可见光还原活性，CH₄和CO的析出速率分别高达943.4和932.9μmol h^‑1g^‑1。更重要的是，在红光的照射下，CH₄和CO的生成速率依然能够分别达到293.7和282.6μmol h^‑1g^‑1，反应选择性约为100％。

技术领域

本发明属于光催化CO₂领域，具体涉及一种共轭微孔聚合物及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，工业生产中大量化石燃料的使用不仅使全球CO₂气体排放量持续攀升，同时也加速了全球能源短缺的进程。当前，利用取之不尽、用之不竭的太阳能为能量输入来源，通过光催化技术将CO₂还原为CO、CH₄和CH₃OH等附加值增加的燃料受到了全球各国研究人员的广泛关注，被认为是解决当前能源危机和环境污染问题的有效途径之一。

众所周知，在太阳光辐射光谱中，可见光(波长为380-760nm)约占50％，而剩余的7％和43％分别由紫外光(380nm)和红外(Infrared,IR,760nm)光组成。然而，迄今为止，绝大部分光催化CO₂还原的催化剂仅对可见光区太阳光有效，而波长大于600nm的红光，尽管在太阳光辐射光谱中占比超过50％，却很少被用于光催化。目前具有红光/近红外光活性的材料报道非常少，少数几例材料包括Os(II)-Re(I)超分子配合物，氧空位修饰的Bi₂O₃-x，碳点/Bi₂WO₆，Zn/碳点，CsPbBr₃/WO₃等，这些材料太多是无机复合材料，制备过程复杂，并且材料中含有的重金属可能会对环境造成一定的毒害风险。因此，目前开发稳定、成本低廉且环境友好的光催化剂实现高效利用600nm以上太阳光进行光催化CO₂仍然是极具挑战性的，这需要对催化剂进行合理的设计。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种共轭微孔聚合物及其制备方法和应用，具体采用以下的技术方案：

一种共轭微孔聚合物，所述共轭微孔聚合物的构成单元的结构示意式如下所示：

其中，为

发明人以1,3,6,8-四乙炔基芘为电子供体(donor)，芴酮衍生物为电子受体(acceptor)，通过三键联接合成了一系列具有D-A结构的窄带隙聚合物P1，P2和P3。基于芘和芴衍生物之间的“供体-受体”相互作用，聚合物的带隙可以通过内部电荷转移有效地调节到1.61-1.74eV。所有聚合物都表现出很宽的光学吸收，覆盖范围从350nm到1000nm，这对于有机聚合物来说是非常不寻常的。此外，发现含有结构单元的羰基的掺入显着增强了光生电荷转移。