富勒烯给受体复合材料在光催化中的应用制造技术

本发明专利技术涉及一种富勒烯给受体系复合材料在光催化领域中的应用。该复合材料通过包括富勒烯和光敏剂衍生物的原料制备而成；其中富勒烯和光敏剂衍生物通过π

【技术实现步骤摘要】
富勒烯给受体复合材料在光催化中的应用


[0001]本专利技术涉及富勒烯给受体复合材料在光催化领域的应用，尤其涉及富勒烯/ 光敏剂衍生物复合材料的制备方法和应用。

技术介绍

[0002]能源短缺和环境污染问题日益突出，发展新的清洁可再生能源成为科学前沿研究的热点。光催化从水中制氢把分散的太阳能转化为高度集中的氢能，是未来人类理想的能量转化途径，具有重大意义。然而，光催化分解水制氢的效率一直较低，提升很困难。其中，提高光生载流子的分离效率是提升太阳能利用率以及促进新型光催化材料发展的关键。有机材料弥补了传统无机半导体的结构可调控性差和光谱响应范围窄等方面的不足，成为一种新兴的热点光催化材料，但是有机体系的光解水产氢效率还不是很理想，材料稳定性差，并且对于如何构筑高效的光生载流子分离通道提升材料催化性能等核心机制问题尚未明确。
[0003]富勒烯的结构独特，从紫外到近红外区域有光吸收，可以通过改变碳笼构型和衍生化的方式精确调控电荷分离性质和能级结构。同时，富勒烯性质稳定，极大克服了有机材料在水、氧气和光照同时存在时的不稳定性，可以制备高度有序、能级匹配的富勒烯材料，增强光生载流子分离效率，是研究高效光解水材料的理想选择。
[0004]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题，在于提供一种新型光解水产氢复合材料，具体涉及富勒烯给受体复合材料的制备和在光催化领域中的应用，该复合材料可用作光催化剂，能解决现有光催化技术中高活性电子和空穴的分离效率低、吸收光的光谱范围窄、光利用率低等技术问题，有助于光催化性能的大幅度提升。为解决以上技术问题，本专利技术提供了一种富勒烯给受体复合材料。
[0006]本专利技术富勒烯给受体复合材料采用光敏剂衍生物作为电子给体，富勒烯作为电子受体。具体地，本专利技术提供了以下技术方案：
[0007]一种具有光催化产氢活性的富勒烯给受体系复合材料，所述富勒烯给受体系复合材料包括富勒烯和光敏剂衍生物，其中所述富勒烯和光敏剂衍生物通过π
‑ꢀ
π共轭作用堆积或共价键合形成电子的给体受体复合物；
[0008]其中所述富勒烯选自空心富勒烯C
2a
、金属富勒烯A2C2@C
2b
或金属富勒烯 B3N@C
2b
中的任一种；其中30≤a≤60，39≤b≤44，A为Sc、La、Y中的任一种；B为Sc、La、Y、Ho、Lu、Er中的任一种；
[0009]其中所述光敏剂衍生物选自非金属卟啉衍生物、金属卟啉或其衍生物、金属钛菁或其衍生物、联吡啶钌、叶绿素、曙红、紫菜碱、玫瑰红、罗丹明B、亚甲基蓝中的任一种。
[0010]如前所述任一种具有光催化产氢活性的富勒烯给受体系复合材料，所述富勒烯给受体系复合材料包括富勒烯和光敏剂衍生物，其中富勒烯和光敏剂衍生物摩尔比选自1:1～1:3。
[0011]本专利技术一方面，前述富勒烯非金属卟啉衍生物结构如式(I)所示：
[0012][0013]其中Full为所述富勒烯，R1选自H、直链或支链的C1～C6烷烃；R2、 R3、R4分别独立地选自H、直链或支链的C1～C6烷烃；L1不存在或L1独立地选自C1～C6的直链烷烃；
[0014]本专利技术一方面，前述金属卟啉或其衍生物选自金属锌卟啉或其衍生物、金属铜卟啉或其衍生物；前述金属酞菁或其衍生物选自钛菁铜或其衍生物、钛菁锌或其衍生物。
[0015]本专利技术一方面，前述具有光催化产氢活性的富勒烯给受体系复合材料，其中所述富勒烯选自空心富勒烯C
2a
、金属富勒烯A2C2@C
2b
或金属富勒烯B3N@C
2b
中的任一种；其中a选自30、35、38、39、41或42，b选自40、41或42；优选地，a选自30或35。
[0016]本专利技术一方面，前述具有光催化产氢活性的富勒烯光敏剂给受体系复合材料，其中所述光敏剂衍生物选自八辛氧基酞菁铜、八辛氧基酞菁锌、四叔丁基酞菁铜或四叔丁基酞菁锌任一种。
[0017]本专利技术一方面，前述具有光催化产氢活性的富勒烯光敏剂给受体系复合材料，其中所述光敏剂衍生物选自苯基卟啉、金属铜苯基卟啉、金属锌苯基卟啉任一种。
[0018]本专利技术另一方面，提供了如前所述任一种富勒烯给受体系复合材料在光催化水产氢中的应用。
[0019]本专利技术另一方面，提供了一种产生氢气的方法，所述方法包括使用如前所述任一种富勒烯给受体系复合材料的步骤。
[0020]本专利技术另一方面，提供了如前所述的任一种富勒烯给受体系复合材料光催化还原水产生氢气的方法，包括以下步骤：将富勒烯给受体系复合材料加到蒸馏水中，并添加空穴捕获剂和/或助催化剂，抽尽体系内的空气后，用全波段光源进行照射。
[0021]所述空穴捕获剂选自抗坏血酸、甲醇、甲酸、NaHCO3、三乙胺中的一种或多种；所述助催化剂选自氯铂酸、金属助催化剂、过渡金属硫化物、过渡金属氧化物、过渡金属氢氧化物、过渡金属磷化物助催化剂、复合助催化剂中的一种或多种；
[0022]其中所述金属助催化剂选自贵金属Pt、Au、Ag、Pd中的一种或多种；
[0023]其中所述过渡金属磷化物助催化剂选自Ni2P、CoP、MoP中的一种或多种；
[0024]复合助催化剂选自NiS
‑
PdS或NiS
‑
CdS。
[0025]本专利技术另一方面，提供了如前所述的任一种具有光催化产氢活性的富勒烯给受体
系复合材料的制备方法，其中所述富勒烯给受体系复合材料由富勒烯和光敏剂衍生物通过π
‑
π共轭作用堆积形成，其中所述制备方法包括如下步骤：
[0026](1)将富勒烯和光敏剂衍生物按一定的摩尔比例，充分溶解于良溶剂中，其中所述摩尔比选自1:0.1
–
1:10；其中所述富勒烯在良溶剂中的浓度选自0.1mg/ml
–
5mg/ml；
[0027](2)将不良溶剂按一定体积比例，以逐滴滴加或快速混入的方式加入到步骤(1)已配好的溶液中，静置沉积1
‑
8小时，过滤去除溶剂，收集所得固体得到所述富勒烯给受体系复合材料；其中所述体积比例为良溶剂与不良溶剂的体积比例，所述体积比例选自1:0.1
‑
1:20；
[0028]其中所述良溶剂选自甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯、1,3,5
‑
三甲基苯、氯苯、邻二氯苯、二硫化碳中的至少一种；
[0029]其中所述不良溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、正丁醇、乙二醇中的至少一种。
[0030]本专利技术另一方面，提供了如前所述的任一种具有光催化产氢活性的富勒烯给受体系复合材料的制备方法，其中所述富勒烯给受体系复合材料由富勒烯和光敏剂衍生物通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有光催化产氢活性的富勒烯给受体系复合材料，所述富勒烯给受体系复合材料包括富勒烯和光敏剂衍生物，其中所述富勒烯和光敏剂衍生物通过π
‑
π共轭作用堆积或共价键合形成电子的给体受体复合物；其中所述富勒烯选自空心富勒烯C
2a
、金属富勒烯A2C2@C
2b
或金属富勒烯B3N@C
2b
中的任一种；其中30≤a≤60，39≤b≤44，A为Sc、La、Y中的任一种；B为Sc、La、Y、Ho、Lu、Er中的任一种；其中所述光敏剂衍生物选自非金属卟啉衍生物、金属卟啉或其衍生物、金属钛菁或其衍生物、联吡啶钌、叶绿素、曙红、紫菜碱、玫瑰红、罗丹明B、亚甲基蓝中的一种或多种；其中所述富勒烯非金属卟啉衍生物结构如式(I)所示：其中Full为所述富勒烯，R1选自H、直链或支链的C1～C6烷烃；R2、R3、R4分别独立地选自H、直链或支链的C1～C6烷烃；L1不存在或L1独立地选自C1～C6的直链烷烃；其中所述金属卟啉或其衍生物选自金属锌卟啉或其衍生物、金属铜卟啉或其衍生物；其中金属酞菁或其衍生物选自钛菁铜或其衍生物、钛菁锌或其衍生物。2.根据权利要求1所述的具有光催化产氢活性的富勒烯给受体系复合材料，其中所述富勒烯选自空心富勒烯C
2a
、金属富勒烯A2C2@C
2b
或金属富勒烯B3N@C
2b
中的任一种；其中a选自30、35、38、39、41或42，b选自40、41或42；优选地，所述空心富勒烯C
2a
，其中a选自30或35；所述金属富勒烯A2C2@C
2b
或金属富勒烯B3N@C
2b
，其中A、B优选为Sc，b优选为40。3.根据权利要求1或2任一项所述的具有光催化产氢活性的富勒烯给受体系复合材料，其中所述光敏剂衍生物选自八辛氧基酞菁铜、八辛氧基酞菁锌、四叔丁基酞菁铜、四叔丁基酞菁锌、苯基卟啉、金属铜苯基卟啉、金属锌苯基卟啉。4.一种富勒烯给受体系复合材料在光催化水产氢中的应用，其中富勒烯给受体系复合材料如权利要求1
‑
3任一项所述。5.一种产生氢气的方法，所述方法包括使用光催化还原权利要求1
‑
3任一项所述的富勒烯给受体系复合材料的步骤。6.根据权利要求5的方法，所述方法包括以下步骤：将富勒烯给受体系复合材料加到水中，并添加空穴捕获剂和/或助催化剂，抽尽体系内的空气后，用全波段光源进行照射。7.一种如权利要求1
‑
3任一项所述的具有光催化产氢活性的富勒烯给受体系复合材料的制备方法，其中所述富勒烯给受体系复合材料由富勒烯和光敏剂衍生物通过π
‑
π共轭作用堆积形成，其中所述制备方法包括如下步骤：
(1)将富勒烯和光敏剂衍生物按一定的摩尔比例，充分溶解于良溶剂中，其中所述摩尔比选自1:0.1
–
1:10；其中所述富勒烯在良溶剂中的浓度选自0...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇和，王春儒，吴波，刘丽萍，
申请(专利权)人：北京福纳康生物技术有限公司，
类型：发明
国别省市：