[发明专利]一种强可见光吸收的Ru-Fe环状光催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种新型强可见光吸收的Ru‑Fe环状光催化剂的制备方法及其应用。将具有强可见光吸收能力的氟硼二吡咯烷（Bodipy）有机分子发色团与三联吡啶配体通过Suzuki反应进行共价键耦合，进而与金属原子Ru、Fe配位成环状配合物超分子，拉近光敏剂与催化剂之间的距离，构筑了具有强可见光吸收能力的新型超分子光催化体系。该新型光催化剂具有强可见光吸收能力、长激发态寿命，其分子内电子可快速转移从而实现太阳能的高效利用，显著提升了光催化转化效率。将其用于可见光驱动的COsubgt;2/subgt;还原反应，可成功将COsubgt;2/subgt;还原为CO。该发明为开发新型、高效的光催化体系提供了重要科学借鉴。

技术领域

本发明涉及光催化技术领域，涉及一种强可见光吸收的Ru-Fe环状光催化剂及其制备方法。

背景技术

化石能源大量消耗所产生的二氧化碳（CO₂）不断地释放到大气中，致使全球温度不断上升，能源短缺问题日益严峻。因此，开发以太阳光为驱动力的新型光催化体系将CO₂高效、选择性地还原为有价值的富能燃料，是减少对化石能源依赖和缓解环境污染的有效途径。在传统光催化体系中，光敏剂和催化剂在溶液中是以游离形式单独存在，二者之间的能量/电子转移受扩散碰撞过程限制，传输效率较低。此外，传统的催化体系中所使用的光敏剂可见光吸收能力弱，激发态寿命短，不利于大规模应用。

经检索，发现若干篇与光解CO₂催化剂有关的专利文献，其中，公开号为CN115582117A的中国专利一种CO₂环加成反应用复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：将尿素与2,6-吡啶二甲醛充分混合后置于马弗炉中煅烧获得吡啶环改性g-C₃N₄；或将生物炭前驱物置于马弗炉中煅烧获得生物炭；向吡啶环改性g-C₃N₄或生物炭中加入无水乙醇，充分搅拌混合形成碳基材料的悬浊液；将六氯化钨加入碳基材料的悬浊液中，充分搅拌溶解获得前驱体溶液；将前驱体溶液转入高压反应釜中反应一段时间，过滤、洗涤、干燥后得到W₁₈O₄₉/碳基材料复合光催化剂。将复合光催化剂应用于二氧化碳环加成制备环状碳酸酯中。该方法易得到目标产物，成本低且产率高，所制备的复合光催化剂能够应用于二氧化碳环加成制备环状碳酸酯中。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种新型的强可见光吸收的Ru-Fe环状光催化剂的制备，将具有强可见光吸收能力的氟硼二吡咯烷（Bodipy）有机分子发色团与三联吡啶配体通过Suzuki反应进行共价键耦合，然后通过三联吡啶与金属原子Ru、Fe配位成环状配合物超分子，拉近光敏剂与催化剂之间的距离，构筑了具有强可见光吸收能力的新型超分子光催化体系。该新型光催化剂集强可见光吸收能力、长激发态寿命、分子内电子快速转移和太阳能高效利用等优点于一身，显著提升了光催化转化效率。将其用于可见光驱动的CO₂还原反应，可成功将CO₂还原为一氧化碳（CO），为开发新型、高效的光催化体系提供了重要科学借鉴。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种强可见光吸收的Ru-Fe环状光催化剂，其分子结构式如Ru-Fe₂-BP所示：

而且，上述强可见光吸收的Ru-Fe环状光催化剂制备用的主要原料包括：

化合物1

化合物2

碳酸钾、四三苯基膦钯、四水合氯化亚铁、三水合三氯化钌。

上述强可见光吸收的Ru-Fe环状光催化剂的制备方法步骤为：

步骤a：将化合物1与化合物2溶解在有机溶剂和水的混合溶剂中，加入碳酸钾和四三苯基膦钯，反应后生成化合物3；

步骤b：将化合物3与四水合氯化亚铁溶解有机溶剂中，反应后生成化合物4；