一种用于分子系统近红外光触发水裂解的纳米光敏剂及其制备方法技术方案

本发明专利技术提供一种用于分子系统近红外光触发水裂解的纳米光敏剂及其制备方法，属于光催化水裂解领域。解决目前分子系统水氧化所采用的光敏剂太阳光谱利用率低，光稳定性差，光催化效率低的问题。该光敏剂是在上转换纳米粒子载体表面复合水氧化有机光敏分子得到的；所述的水氧化有机光敏分子为Pt-TCPP或Ni-TCPP。本发明专利技术还提供一种用于分子系统近红外光触发水裂解的纳米光敏剂的制备方法。本发明专利技术的纳米光敏剂光照稳定性强，且能很好的分散于水中，与水氧化催化剂，电子牺牲剂共存时，在近红外光照射下，能够实现水裂解产生氧气，光敏剂颜色，结构及功能不发生任何变化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光催化水裂解领域，具体提供一种用于分子系统近红外光触发水裂解的纳米光敏剂及其制备方法。
技术介绍
能源是人类生存和发展的基础，随着社会的不断进步，全球能耗也在逐年增加。化石能源的大量使用带来了一系列环境和生态问题，CO2的大量排放已导致严重的温室效应，并引起全球性的气候变化。作为可持续发展的关键部分，清洁新能源的开发已引起各国政府的重视。目前人类使用的能源最终都来自太阳(核能除外)，相比其他新能源(水能、风能、核能等)，太阳能具有储量巨大、无地域限制、清洁无污染等优势，因而成为新能源开发研究的重点。目前太阳能利用主要有光热转换、光电转换和光化转换三种方式:(1)光热转换早已深入到日常生活中，如热水器、温室、太阳灶和高温炉等，但转换后的热能难以有效运输；(2)光电转换最为方便实用，它可将太阳能转换成通用的电能，方便储存、运输和使用，但其转换效率仍待提高；(3)光化转换包含光合作用、光电化学作用、光敏化学作用和光分解反应。其中光合作用是自然界物质循环和能量获取的重要环节，经过数十亿年的演变，光合作用系统都具有非常优良的结构功能特性和较高的能量转化效率。早在20世纪80年代就有研究者提出了人工光合作用的概念，它是模拟自然界的光合作用过程，利用光能分解水制造氢气。与自然界光合作用相比，想要实现大规模工业生产，人工光合作用应具有如下特点:相当或更高的光催化效率、低成本、长寿命、系统相对稳定、低维护需求、不受时间和空间的约束。目前的人工光合作用系统主要有两种:第一种是模拟自然光合作用系统设计制备的分子光催化系统；第二种是利用无机半导体材料的光催化特性设计制备的人工光催化体系。水裂解分为两个半反应，一个半反应是水氧化产生氧气(2H2O―O2+4H++4e-)，另一个半反应是质子还原产生氢气(4H++4e-―H2)。其中，水氧化产生氧气的半反应由于需要4个电子的参与，在整个反应中尤为关键和重要。分子系统的水氧化反应，一般需要光敏剂、水氧化催化剂和电子牺牲剂的参与。目前所使用的光敏剂，其激发波长主要位于紫外可见区，致使水氧化反应只能利用太阳光谱中的紫外可见光，而占太阳光能量近40％的近红外区的光谱几乎无利用。另外，这些光敏分子在紫外可见光照下，稳定性差，容易光分解。这些问题严重限制了分子系统光催化的效率及其应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决目前分子系统水氧化所采用的光敏剂太阳光谱利用率低，光稳定性差，光催化效率低的问题，而提供一种用于分子系统近红外光触发水裂解的纳米光敏剂及其制备方法。本专利技术首先提供一种用于分子系统近红外光触发水裂解的纳米光敏剂，该光敏剂是在上转换纳米粒子载体表面复合水氧化有机光敏分子得到的；所述的水氧化有机光敏分子为Pt-TCPP或Ni-TCPP，结构式如下：优选的是，所述的上转换纳米粒子载体，是以NaYF4为基质，掺杂稀土敏化离子、高掺杂稀土发光中心离子，具有纳米晶微观形态。优选的是，所述稀土敏化离子为Yb3+。优选的是，所述稀土发光离子为Er3+、Tm3+或Ho3+。优选的是，所述的上转换纳米粒子载体与水氧化有机光敏分子的摩尔比为1:100～1:150。本专利技术还提供一种用于分子系统近红外光触发水裂解的纳米光敏剂的制备方法，包括：步骤一：制备上转换纳米粒子载体；步骤二：在步骤一得到的上转换纳米粒子载体表面上复合水氧化有机光敏分子，得到用于分子系统近红外光触发水裂解的纳米光敏剂；所述的水氧化有机光敏分子为Pt-TCPP或Ni-TCPP，结构式如下：优选的是，所述的步骤二的具体步骤为：将上述上转换纳米粒子载体经过离心洗涤后，溶于有机溶剂中，得到纳米粒子溶液，然后将纳米粒子溶液溶于盐酸溶液中，去油酸配体，经离心洗涤后，将去油酸配体的纳米粒子溶于乙醇中，得到含有纳米粒子的乙醇溶液，将含有纳米粒子的乙醇溶液加入含有水氧化有机光敏分子的乙醇溶液中，得到用于分子系统近红外光触发水裂解的纳米光敏剂。优选的是，所述的有机溶剂优选为环己烷或氯仿。本专利技术的原理本专利技术提供一种用于分子系统近红外光触发水裂解的纳米光敏剂，该光敏剂利用上转换纳米粒子材料发光稳定，具有将近红外光上转换为可见光的能力，并结合能量传递的优点，将上转换纳米粒子载体与水氧化有机光敏分子复合形成纳米光敏剂(见图1)。在近红外光激发下，上转换纳米粒子载体发射可见光，这部分可见光通过荧光共振能量传递敏化载体表面的有机光敏分子，使其跃迁至三线态，进而联合系统中水氧化催化剂、电子牺牲剂实现近红外光激发水的裂解。本专利技术的有益效果本专利技术首先提供一种用于分子系统近红外光触发水裂解的纳米光敏剂及其制备方法，该光敏剂是在上转换纳米粒子载体表面复合水氧化有机光敏分子得到的；所述的水氧化有机光敏分子为Pt-TCPP或Ni-TCPP。与现有技术相对比，本专利技术的光敏剂采用上转换纳米粒子为载体，采用配体交换的方式将有机光敏分子装载于上转换纳米粒子载体表面，可有效缩短二者间能量传递的距离，提高敏化效率，将太阳能光谱的利用从紫外可见区有效拓展到近红外区。本专利技术的纳米光敏剂光照稳定性强，且能很好的分散于水中，与水氧化催化剂，电子牺牲剂共存时，在近红外光照射下，能够实现水裂解产生氧气，光敏剂颜色，结构及功能不发生任何变化。实验结果表明：本专利技术的纳米光敏剂可将光催化效率在原有紫外可见光照的基础上，提高5％-10％，该纳米光敏剂在近红外光照下，保存一年，稳定性不发生任何变化，在水中稳定性极佳，室温可保存1-2年。附图说明图1为本专利技术实施例1制备得到的纳米光敏剂的结构示意图。图2为实施例1制备得到的纳米光敏剂近红外光解水产生氧气随时间变化图。图3为实施例1制备得到的纳米光敏剂与现有光敏剂光照稳定性比较图。具体实施方式本专利技术首先提供一种用于分子系统近红外光触发水裂解的纳米光敏剂，该光敏剂是在上转换纳米粒子载体表面复合水氧化有机光敏分子得到的；所述的水氧化有机光敏分子为Pt-TCPP或Ni-TCPP，结构式如下：按照本专利技术，所述的上转换纳米粒子载体优选，以NaYF4为基质，掺杂稀土敏化离子、高掺杂稀土发光中心离子，具有纳米晶微观形态，该载体具有在近红外光激发下，发射可见光的能力。所述稀土敏化离子优选为Yb3+，掺杂量为15-25％，所述稀土发光离子优选为Er3+、Tm3+或Ho3+，掺杂量为1-5％。按照本专利技术，在所述上转换纳米粒子载体表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于分子系统近红外光触发水裂解的纳米光敏剂，其特征在于，该光敏剂是在上转换纳米粒子载体表面复合水氧化有机光敏分子得到的；所述的水氧化有机光敏分子为Pt‑TCPP或Ni‑TCPP，结构式如下：

【技术特征摘要】
1.一种用于分子系统近红外光触发水裂解的纳米光敏剂，其特征在于，该
光敏剂是在上转换纳米粒子载体表面复合水氧化有机光敏分子得到的；
所述的水氧化有机光敏分子为Pt-TCPP或Ni-TCPP，结构式如下：
2.根据权利要求1所述的一种用于分子系统近红外光触发水裂解的纳米光
敏剂，其特征在于，所述的上转换纳米粒子载体，是以NaYF4为基质，掺杂稀
土敏化离子、高掺杂稀土发光中心离子，具有纳米晶微观形态。
3.根据权利要求1所述的一种用于分子系统近红外光触发水裂解的纳米光
敏剂，其特征在于，所述稀土敏化离子为Yb3+。
4.根据权利要求1所述的一种用于分子系统近红外光触发水裂解的纳米光
敏剂，其特征在于，所述稀土发光离子为Er3+、Tm3+或Ho3+。
5.根据权利要求1所述的一种用于分子系统近红外光触发水裂解的纳米光
敏剂，其特征在于，所述的上转换纳米粒子载体与水氧化有机光敏分子的摩尔
比为1:100～1:150。
6.根据权利要求1所述的一种用于分子系统近红外...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓敏，孔祥贵，涂浪平，张友林，常钰磊，薛彬，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22