一种高效还原CO2的共价有机聚合物可见光光催化剂制造技术

本发明专利技术公开了一种高效还原CO2的共价有机聚合物可见光光催化剂及其应用，所述可见光光催化剂为钴掺杂的共价有机聚合物，其是采用固相反应烧结法将过渡金属钴引入到基于三嗪结构的共价有机聚合物中，合成所述可见光光催化剂。本发明专利技术所采用的固相反应烧结法操作简单，生产成本较低，符合实际生产要求，且所得光催化剂具有良好的可见光响应，能够在可见光下高效催化CO2还原，具有很大的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种高效还原CO2的共价有机聚合物可见光光催化剂
本专利技术属于光催化
，具体涉及一种高效还原CO2的共价有机聚合物可见光光催化剂及其在光催化还原CO2反应中的应用。
技术介绍
近年来，煤、石油、天然气等化石燃料的燃烧释放出大量的CO2，导致大气中CO2浓度不断上升，引起温室效应，严重威胁到人类的生存发展。因此，将CO2进行固定活化及转化对人类的未来发展具有巨大的现实意义。在众多的转化技术中，光催化还原CO2被认为是最具有发展前景的一项技术。当前，可还原CO2的光催化剂大多为金属氧化物、金属硫化物等材料。但是，这些金属化合物多数存在着化学不稳定、可见光难以响应、转换效率低等问题，制约了光催化技术在还原CO2领域的应用。因此，寻求具有可见光响应、光稳定性好的新型光催化材料已成为光催化还原CO2领域的研究热点之一。在已经发展的新型光催化材料中，基于三嗪结构的共价有机聚合物（CTF-T1）因其具有可见光响应及合适的禁带宽度，良好的化学稳定性和热稳定性，并能利用可见光进行分解水产氧产氢，使太阳能转化为化学能等特点受到广泛关注。但CTF-T1依然存在光响应范围窄、光生载流子复合率较高等问题，这限制了CTF-T1在光催化还原CO2方面的应用。过渡金属钴能够与CO2分子结合形成相对稳定的过渡态CoI(L)-CO2，从而有利于促进光催化还原CO2反应的发生。因此，本专利技术通过掺杂的手段将过渡金属钴引入到基于三嗪结构的共价有机聚合物中，得到一种新型共价有机聚合物可见光光催化剂，其可有效拓宽材料的光吸收范围，加快光生载流子的分离，提升其光催化还原CO2活性。专利技术内容本专利技术的目的在于提供一种高效还原CO2的共价有机聚合物可见光光催化剂及其应用，该光催化剂具有良好光催化还原CO2的性能，可有效转化CO2，为解决当今能源和环境问题提供了一种新材料，且其制备方法简单，生产成本低，对设备的要求不高，符合实际生产要求，有较大的应用前景。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种高效还原CO2的共价有机聚合物可见光光催化剂，所述可见光光催化剂为钴掺杂的共价有机聚合物，其在可见光驱动下能催化CO2还原为CO，可用于光催化还原CO2反应中。所述可见光光催化剂是采用固相反应烧结法，以氯化钴为前驱体，将过渡金属钴引入到基于三嗪结构的共价有机聚合物中制备而成。所得可见光光催化剂中钴的掺杂量为0.5-10wt%；其具体制备方法包括以下步骤：（1）共价有机聚合物的制备：在0℃条件下，将三氟甲烷磺酸加入到对苯二甲腈中，搅拌至对苯二甲腈完全溶解，更换油浴并升温至30℃，保温静置3d后，所得沉淀用二氯甲烷冲洗过滤，再用氨水洗涤，然后加入氨水搅拌8-24h，水洗至中性，再用甲醇离心清洗一次，得到固体沉淀；用甲醇将所得固体沉淀于90℃条件下回流8-24h，再用二氯甲烷在70℃条件下回流8-24h，收集固体，于80℃条件下真空干燥12h，得到基于三嗪结构的共价有机聚合物CTF-T1；（2）钴掺杂的共价有机聚合物的制备：将0.1-2mL氯化钴溶液（浓度为10mg/mL）和0.2gCTF-T1混合溶于10mL蒸馏水中，超声40min后，80℃水浴加热搅拌至水分蒸干，将所得固体置于马弗炉中，在空气气氛下于200-250℃煅烧1-2h，得到固体样品；将煅烧得到的固体样品充分研磨后，用甲醇在70-100℃条件下回流6-18h，所得固体再于60℃条件下干燥12h，即得钴掺杂的共价有机聚合物可见光光催化剂Cox/CTF-T1。本专利技术的有益效果在于：（1）本专利技术首次把过渡金属钴引入基于三嗪结构的共价有机聚合物中，开发出一种具有可见光响应的光催化剂；（2）本专利技术所得钴掺杂的共价有机聚合物可见光光催化剂能够实现可见光下催化还原CO2，具有很高的实用价值和应用前景；（3）本专利技术整个工艺过程简单易控制，且能耗低、产率高、成本低，符合实际生产需要，具有较大的应用前景。附图说明图1为实施例1-5所得共价有机聚合物可见光光催化剂的紫外-可见漫反射光谱对比图。图2为实施例1-5所得共价有机聚合物可见光光催化剂的光电流响应对比图。图3为实施例1-5所得共价有机聚合物可见光光催化剂还原CO2的性能对比图。图4为钴掺杂的共价有机聚合物可见光光催化剂与铁掺杂的共价有机聚合物可见光光催化剂还原CO2的性能对比图。具体实施方式为了使本专利技术所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本专利技术所述的技术方案做进一步的说明，但是本专利技术不仅限于此。实施例1：在0℃条件下，将40mL三氟甲烷磺酸加入到5.12g对苯二甲腈中，搅拌至对苯二甲腈完全溶解，更换油浴并升温至30℃，保温静置3d后，所得沉淀用160mL二氯甲烷冲洗过滤，再用氨水洗涤，然后加入200mL氨水搅拌12h，水洗至中性，再用甲醇离心清洗一次，得到固体沉淀；用甲醇将所得固体沉淀于90℃条件下回流24h，再用二氯甲烷在70℃条件下回流24h，收集固体，于80℃条件下真空干燥12h，得到基于三嗪结构的共价有机聚合物CTF-T1。实施例2：将0.1mL氯化钴溶液（浓度为10mg/mL）和0.2gCTF-T1混合溶于10mL蒸馏水中，超声40min后，80℃水浴加热搅拌至水分蒸干，将所得固体置于马弗炉中，在空气气氛下250℃煅烧1h，得到固体样品；将煅烧得到的固体样品充分研磨后，用甲醇在90℃条件下回流12h，所得固体再于60℃条件下干燥12h，即得钴掺杂的共价有机聚合物可见光光催化剂Co0.5/CTF-T1。实施例3：将0.2mL氯化钴溶液（浓度为10mg/mL）和0.2gCTF-T1混合溶于10mL蒸馏水中，超声40min后，80℃水浴加热搅拌至水分蒸干，将所得固体置于马弗炉中，在空气气氛下250℃煅烧1h，得到固体样品；将煅烧得到的固体样品充分研磨后，用甲醇在90℃条件下回流12h，所得固体再于60℃条件下干燥12h，即得钴掺杂的共价有机聚合物可见光光催化剂Co1/CTF-T1。实施例4：将1mL氯化钴溶液（浓度为10mg/mL）和0.2gCTF-T1混合溶于10mL蒸馏水中，超声40min后，80℃水浴加热搅拌至水分蒸干，将所得固体置于马弗炉中，在空气气氛下250℃煅烧1h，得到固体样品；将煅烧得到的固体样品充分研磨后，用甲醇在90℃条件下回流12h，所得固体再于60℃条件下干燥12h，即得钴掺杂的共价有机聚合物可见光光催化剂Co5/CTF-T1。实施例5：将2mL氯化钴溶液（浓度为10mg/mL）和0.2gCTF-T1混合溶于10mL蒸馏水中，超声40min后，80℃水浴加热搅拌至水分蒸干，将所得固体置于马弗炉中，在空气气氛下，250℃煅烧1h，得到固体样品；将煅烧得到的固体样品充分研磨后，用甲醇在90℃条件下回流12h，所得固体再于60℃条件下干燥12h，即得钴掺杂的共价有机聚合物可见光光催化剂Co10/CTF-T1。性能测试图1为实施例1-5所得共价有机聚合物可见光光催化剂的紫外-可见漫反射光谱对比图。从图1可以发现，与母体CTF-T1相比，钴掺杂的共价有机聚合物可见光光催化剂的光吸收范围得到了拓宽，催化剂的光吸收性能得到了提高。图2为实施例1-5所得共价有机聚合物可见光光催化剂的光电流响应对比图。从图2可以发现，钴掺杂后的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效还原CO

【技术特征摘要】
1.一种高效还原CO2的共价有机聚合物可见光光催化剂，其特征在于：所述可见光光催化剂为钴掺杂的共价有机聚合物，其在可见光驱动下能催化CO2还原为CO。2.根据权利要求1所述共价有机聚合物可见光光催化剂，其特征在于：采用固相反应烧结法，将过渡金属钴引入到基于三嗪结构的共价有机聚合物中，合成所述可见光光催化剂；所得可见光光催化剂中钴的掺杂量为0.5-10wt%。3.根据权利要求2所述共价有机聚合物可见光光催化剂，其特征在于：其制备方法包括以下步骤：1）共价有机聚合物的制备：在0℃条件下，将三氟甲烷磺酸加入到对苯二甲腈中，搅拌至对苯二甲腈完全溶解，更换油浴并升温至30℃，保温静置3d后，所得沉淀用二氯甲烷冲洗过滤，再用氨水洗涤，然后加入氨水搅拌8-24h，水洗至中性，再用甲醇离心清洗一次，得...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕进红，孙龙，李留义，梁诗景，吴棱，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35