基于PDINH与氧化钨的有机-无机复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种基于PDINH与氧化钨的有机

【技术实现步骤摘要】
基于PDINH与氧化钨的有机
‑
无机复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及复合材料
，具体涉及一种基于PDINH与氧化钨的有机
‑
无机复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]以TiO2等半导体氧化物为代表的光催化技术，可直接利用太阳能，在光照下分解水获得氢气和氧化还原降解污染物，既能转换能源又能治理污染，是一种极具前景的绿色技术。但单组分光催化剂的电子
‑
空穴容易复合，一般通过耦合其他类型光催化剂构建复合材料，以提高光催化效率。复合材料由于具有较高的光生电子
‑
空穴对分离效率，通常表现出更好的光催化活性。因此构建有机
‑
无机杂化结构是获得复合光催化剂的有效方式之一，既能结合有机和无机半导体的优点，又能产生不同于单组分光催化剂的新特性。
[0003]与常见的有机材料(例如聚苯胺、聚噻吩和聚吡咯)不同，苝酰亚胺(PDI)是典型的有机半导体，具有独特的光学和电子特性。这种特殊性质使它们能够应用于有机场效应晶体管、有机太阳能电池、荧光开关、传感器、光动力疗法和发光二极管。此外自组装的PDI超分子系统能够通过分子间的C＝O
…
H
‑
N键结合，从而提升材料在光诱导电子转移及光催化中的应用，目前已经制备了Zn
‑
PDI，Ni
‑
PDI和Ru
‑
PDI等光催化剂。
[0004]此外PDI也可以用作有机成分构建有机
‑
无机杂化体光催化剂，例如，快速简单的溶剂分散法可制作一种自组装的PDINH超分子体系光催化剂，用于苯酚的降解和光催化产氢。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种基于PDINH(酸性聚合的3,4,9,10
–
苝四甲酰二亚胺)与氧化钨结合的有机
‑
无机复合材料的制备方法，采用浓硫酸进行PDI的自聚反应形成高分子有机聚合物PDINH，同时引入能带匹配的氧化钨材料，自聚形成的PDINH与氧化物进行良好的协同作用，提高电荷分离和转移行为，复合材料具有良好的抗菌性能。
[0006]一种有机
‑
无机复合材料的制备方法，包括：
[0007]将3,4,9,10
–
苝四甲酰二亚胺置于浓硫酸中，进行高分子自聚合反应得到PDINH，记为反应液A；氧化钨粉末分散于去离子水中，记为反应液B；将反应液B加入反应液A中，反应得基于PDINH与氧化钨结合的高分子有机
‑
无机复合材料。
[0008]本专利技术采用两步合成法：第一阶段3,4,9,10
–
苝四甲酰二亚胺(PDI)在浓硫酸中超声，自聚形成PDINH；第二阶段引入氧化钨聚合。PDI作为一种有机材料，不含有金属元素，与氧化钨结合后形成有机
‑
无机复合材料，通过在酸性的条件下将PDI自聚合形成PDINH，并且与WO3结合发挥更优异的协同作用。
[0009]本专利技术通过在酸环境下使PDI形成PDINH，再引入WO3材料进行耦合，由于它们的导带价带位置匹配，可形成光催化材料中常见的n
‑
n异质结，加速电子的转移，从而提升光催
化反应的效率。相比较已知文献中采用的TiO2基底材料，在可见光下TiO2不能被激发，TiO2的作用是载体和传输导带电子，产生的光生电子
‑
空穴对数量有限，而本申请中氧化钨自身也能被可见光激发，且导带、价带位置和PDINH的导带、价带匹配。
[0010]此外，TiO2与有机半导体的结合通常采用球磨法，属机械作用，二者结合强度有限，且球磨过程中对材料表面弥散作用导致部分无定形化，影响晶体结构；而本专利技术采用溶液聚合法，所用氧化钨在强酸性非常稳定，不影响晶体结构。
[0011]再者，本专利技术通过将粉体材料与菌液于溶液中进行反应，在可见光的照射下，使催化剂在溶液中产生更多的超氧自由基和羟基自由基，利用自由基的化学特性进行细菌内部进行破坏，与传统的物理消毒如紫外线和化学消毒如次氯酸钠相比，具有无二次污染物、使用高效方便的特性。
[0012]可选的，反应液B加入反应液A的步骤中，混合比例按氧化钨与3,4,9,10
–
苝四甲酰二亚胺质量比为1～10:1计。
[0013]本专利技术通过复合PDINH与WO3材料构建有机
‑
无机杂化体PDINH/WO3，通过溶液的自组装生成复合光催化剂，并通过控制WO3的含量调配PDINH和WO3比例，通过控制组分配比能更好地发挥各组分之间的协同作用，优化前驱体的配比制备性能最优的复合光催化剂。
[0014]可选的，所述高分子自聚合反应的步骤中，3,4,9,10
–
苝四甲酰二亚胺与浓硫酸的质量体积比为10～12mg/mL；所述氧化钨的水溶液中氧化钨的浓度为1～10mg/mL。所述浓硫酸为98％的浓硫酸。
[0015]进一步地优选地，反应液B加入反应液A的步骤中，混合比例按氧化钨与3,4,9,10
–
苝四甲酰二亚胺质量比为2～4:1计；所述高分子自聚合反应的步骤中，3,4,9,10
–
苝四甲酰二亚胺与浓硫酸的质量体积比为10mg/mL；所述反应液B中氧化钨的浓度为2～4mg/mL；氧化钨的水溶液与反应液A的体积比为10:1。
[0016]最优选地，反应液B加入反应液A的步骤中，混合比例按氧化钨与3,4,9,10
–
苝四甲酰二亚胺质量比为3:1计。
[0017]可选的，高分子自聚合反应的条件为：超声分散后静置。超声时间为10～15min，以分散均匀为宜；静置时间为10～15min。
[0018]本专利技术还提供一种如所述制备方法制备得到的有机
‑
无机复合材料。具有优异的可见光响应，杀菌效果良好并且不会造成二次污染，可作为抗菌剂使用。
[0019]本专利技术还提供一种所述的PDINH与氧化钨结合的有机
‑
无机复合材料在光催化杀菌剂中的应用。
[0020]本专利技术还提供一种含E.Coli废水的光催化杀菌方法，包括：
[0021]向所述含E.Coli废水中加入所述的有机
‑
无机复合材料，暗反应吸附平衡后进行可见光照射，进行光催化杀菌。
[0022]暗反应30分钟左右能至吸附平衡，可选的，暗反应时间为20min～40min。
[0023]可选的，所述有机
‑
无机复合材料的添加量为0.01～0.5g/L。
[0024]可选的，所述可见光照射的光照强度为50～200mW/cm2。
[0025]本专利技术将有机材料进行高分子自聚合并与氧化钨结合，形成PDINH与氧化钨结合的有机
‑
无机复合材料，在保证良好杀菌效果的同时，提高了光催化材料的可见光响应性能，加速了光生电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机
‑
无机复合材料的制备方法，其特征在于，包括：将3,4,9,10
–
苝四甲酰二亚胺置于浓硫酸中，高分子自聚合反应得到PDINH，记为反应液A；氧化钨粉末分散于去离子水中，记为反应液B；将反应液B加入反应液A中，反应得基于PDINH与氧化钨结合的高分子有机
‑
无机复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，反应液B加入反应液A的步骤中，混合比例按氧化钨与3,4,9,10
–
苝四甲酰二亚胺质量比为1～10:1计。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述高分子自聚合反应步骤中，3,4,9,10
–
苝四甲酰二亚胺与浓硫酸的质量体积比为10～12mg/mL；所述反应液B中氧化钨的浓度为1～10mg/mL。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：王齐，肖维，傅炀杰，谭盟，郭佳允，毛惠秀，
申请(专利权)人：浙江工商大学，
类型：发明
国别省市：