【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光催化剂，涉及一种具有光催化活性的二维芳香d-j型卤化物钙钛矿的制备方法，还涉及其作为光催化剂用于光催化分解氢碘酸制氢气中的应用。
技术介绍
1、光催化制氢气可以将不可持续的太阳能直接转化为清洁、可储存的燃料，是解决全球能源问题和环境问题的一种非常有吸引力的途径。与传统的光催化水分离相比，光催化分解hi制氢具有热力学和动力学的优势：首先，hi分解的吉布斯自由能变化(δg)(103.3kj/mol)比整个水分解的自由能变化(237.2kj/mol)低得多；其次，水分解过程需要四个电子参与，而hi分解过程仅涉及两个电子，因此hi分解所需的过电位更底。第三，hi水溶液中较高的h+浓度有利于提高氢气生成率。此外，光催化hi分解是取代碘硫循环中热力学不利的hi热分解的一个有吸引力的替代过程，而碘硫循环是最有前途的工业水分解制氢的方法之一。因此，寻找稳定、高效的光催化分解hi的材料是该领域亟需解决的关键科学问题之一。
2、近年来，得益于其优越的特性，包括大吸收系数、可调谐带隙、长载流子扩散长度和低成本的溶剂制备工艺，卤化物钙钛矿逐渐成为最有前途的光催化材料之一。自从nam等人在2017年报告了第一例卤化物钙钛矿光催化hi分解制氢以来，大量的卤化物钙钛矿，如mapbi3、fapbbr3-xix和cs2sni6已被证实具有潜在的光催化制氢价值。其中，二维卤化物钙钛矿因结合了优异的光电性能、丰富的结构多样性和更好的稳定性而脱颖而出。例如，二维ruddlesden-popper(rp)型钙钛矿(pea)2pbi4(pea＝
3、为了解决该技术缺陷，现有技术继续进行探索改进，提出了有机胺类二维钙钛矿，其结构通式为a'man-1bnx3n+1，其中a'可以是一价有机胺(m＝2，rp型钙钛矿)或二价有机胺(m＝1，dion-jacobson(dj)型钙钛矿)，而a、b和x分别代表一价阳离子(如ch3nh3+、ch(nh2)2+和cs+)，一个二价金属阳离子和一个卤化物阴离子。在二维dj卤化物钙钛矿中，相邻的无机板被二价有机铵离子通过强健的氢键直接连接起来，而不存在范德华间隙。因此，构建没有范德瓦尔斯间隙的二维dj型卤化物钙钛矿可以进一步提高二维卤化物钙钛矿的稳定性。此外，移除范德瓦尔斯间隙可以使层间距离缩短，从而扩大其吸收范围。此外，与脂肪族相比，芳香族有机胺由于与无机层的介电失配更小，表现出较小的量子约束效应，更有利于电荷传输。因此，构建二维芳香族dj型钙钛矿有望实现高效和稳定的hi分解制氢。
技术实现思路
1、本专利技术针对上述问题进行，提供一种二维芳香dj型钙钛矿的制备方法及其光催化应用。该合成方法简单、无需复杂的仪器、反应周期短，有利于大规模工业应用。制得的二维芳香dj型钙钛矿光催化剂具有优异的光催化分解hi制氢性能。
2、本专利技术的技术方案概述如下：采用便捷的溶液法，通过选用不同位置取代基的氨乙基吡啶，分别制备出(2-apd)pbi4、(3-apd)pbi4、和(4-apd)pbi4二维芳香d-j型卤化物钙钛矿。其作为光催化剂在光催化制氢方面具有优异性能，在其他能源开发领域也具备潜在的应用价值。
3、为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
4、本专利技术第一方面，提供了一种二维芳香d-j型卤化物钙钛矿的制备方法，包括如下步骤：
5、(1)将等摩尔比的胺烷基吡啶和铅盐加入到氢碘酸水溶液中，充分搅拌至反应完全生成红色沉淀，然后加热并搅拌至溶液澄清；
6、(2)在搅拌条件下将澄清溶液冷却至室温；
7、(3)通过分离、清洗和烘干处理得到目标产物。
8、其中，步骤(1)中，烷基选自甲基、乙基、丙基、丁基中的任意一种，优选乙基。进一步优选，胺乙基吡啶选自2-胺乙基吡啶(2-apd)、3-胺乙基吡啶(3-apd)和4-胺乙基吡啶(4-apd)中的任意一种；相应的，所述二维芳香d-j型卤化物钙钛矿为(2-apd)pbi4、(3-apd)pbi4、和(4-apd)pbi4中的任意一种。通过采用取代基位置分别在邻位、间位和对位的胺乙基吡啶可分别得到(2-apd)pbi4、(3-apd)pbi4、和(4-apd)pbi4二维芳香d-j型卤化物钙钛矿光催化材料，其中(2-apd)pbi4、(4-apd)pbi4结晶于极性空间群，而(3-apd)pbi4是中心对称结构的材料。
9、铅盐选自三水合醋酸铅或碘化铅；
10、氢碘酸水溶液中氢碘酸的质量分数为55％。
11、步骤(2)中，优选0℃冰水浴环境下，边搅拌边冷却，得到大量尺寸、均匀的目标化合物微晶。
12、步骤(3)中，优选在减压环境下快速分离所制备的二维芳香d-j型卤化物钙钛矿，用无水乙醚冲洗三遍后，放置于真空干燥箱中干燥12小时。
13、进一步，本专利技术提供的二维芳香d-j型卤化物钙钛矿的优选制备方法如下：
14、将2～20mmol的胺乙基吡啶和2～20mmol的三水合醋酸铅(pb(ac)2·3h2o)加入到氢碘酸水溶液(55wt％)中，充分搅拌至反应，生成大量红色沉淀。随后，搅拌并加热至该混合物完全溶解，得到淡黄色溶液。将得到的澄清溶液在搅拌和冰水浴条件下快速冷却至室温即可得到(2-apd)pbi4、(3-apd)pbi4和(4-apd)pbi4的红色微晶。
15、本专利技术第二方面，提供了上述所述的二维芳香d-j型卤化物钙钛矿在制备光催化分解氢碘酸催化剂中的应用。
16、本专利技术第三方面，提供了一种光催化分解氢碘酸催化剂，包括活性组分以及催化剂领域能接受的辅料，其中，所述活性组分为上述所述的二维芳香d-j型卤化物钙钛矿。
17、本专利技术第四方面，提供了一种光催化分解氢碘酸制氢气的方法：以胺乙基吡啶碘盐水溶液作为反应液，以(2-apd)pbi4、(3-apd)pbi4、和(4-apd)pbi4二维芳香d-j型卤化物钙钛矿为光催化剂，光沉积0.3wt％的pt作为助催化剂，光照强度为100mw/cm2。
18、结果显示，当光强为100mw/cm2时，(2-apd)pbi4、(3-apd)pbi4、和(4-apd)pbi4二维芳香d-j型卤化物钙钛矿的光催化产氢速率分别为258μmol h-1,87μmol h-1and 169μmol h-1。(2-apd)pbi4的太阳到氢气的能量转换效率达0.82％。
19、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
20、(1)采用简单的溶液法合成极性二维dj型卤化物钙钛矿(2-apd)pbi4、和(4-apd)p本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种二维芳香D-J型卤化物钙钛矿的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的二维芳香D-J型卤化物钙钛矿的制备方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的二维芳香D-J型卤化物钙钛矿的制备方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的二维芳香D-J型卤化物钙钛矿的制备方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的二维芳香D-J型卤化物钙钛矿的制备方法，其特征在于：
6.权利要求1～5任一项所述的二维芳香D-J型卤化物钙钛矿在制备光催化分解氢碘酸催化剂中的应用。
7.一种光催化分解氢碘酸催化剂，其特征在于，包括活性组分以及催化剂领域能接受的辅料，其中，所述活性组分为权利要求1～5任一项所述的二维芳香D-J型卤化物钙钛矿。
8.一种光催化分解氢碘酸制氢气的方法，其特征在于：以胺乙基吡啶碘盐水溶液作为反应液，以权利要求1～5任一项所述的二维芳香D-J型卤化物钙钛矿为光催化剂，以光沉积0.3wt％的Pt作为助催化剂，光照强度为100mW/cm2。
9.根据权利要求8所述的光
...【技术特征摘要】
1.一种二维芳香d-j型卤化物钙钛矿的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的二维芳香d-j型卤化物钙钛矿的制备方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的二维芳香d-j型卤化物钙钛矿的制备方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的二维芳香d-j型卤化物钙钛矿的制备方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的二维芳香d-j型卤化物钙钛矿的制备方法，其特征在于：
6.权利要求1～5任一项所述的二维芳香d-j型卤化物钙钛矿在制备光催化...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨化桂，彭玉，侯宇，刘鹏飞，王兴，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。