【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于聚合物材料，具体涉及一种用于光催化制备h2o2的氮杂醌基聚合物材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、过氧化氢(h2o2)为当今世界最重要的化学品之一，具有化学性质活泼、氧化能力强、能量密度高等特点，更为重要的是其分解产物只有水和氧气，不会对环境造成二次污染，被广泛用于化工、环保、消毒、医药及航天等领域。然而，工业制h2o2仍然依赖于传统的热、电催化法，热催化法需使用有机溶剂、贵金属催化剂、高压h2，会产生大量废液、废气；电催化法要消耗贵金属电极和大量电能，生产成本高。因此，探索一种高效、绿色、可持续的h2o2制备方法十分重要。
2、通过模拟光合作用，利用太阳能将h2o和o2转化为h2o2，被认为是绿色、安全、可持续的h2o2合成途径。为了使光生电子/空穴能够在还原o2的同时氧化h2o，催化剂应具有合适的能带结构和带隙宽度，它们的导带(cb)边缘必须比o2的还原电位更负，而价带(vb)边缘应比h2o的氧化电位更正。此外，光催化制h2o2既可以通过两电子o2还原又可以通过两电子h2o氧化路径来实现，但无论是o2还原还是h2o氧化都存在相应的单电子和四电子路径与之竞争。相较于四电子o2还原/h2o氧化，单电子或两电子路径尽管在热力学上需要克服较高的氧化还原电势，但其动力学效率更高。只要光催化材料满足热力学上发生o2还原和h2o氧化反应的电势需求，就会优先驱动单电子或两电子路径，并且单电子路径生成的·o2-和·oh会通过进一步单电子过程转化为h2o2。所以，两步单电子或一步两电子o2还原/h2o氧化路径相较于
3、具有半导体性质的有机聚合物材料，由于其独特的光电性能，近年来受到研究者广泛关注。它们在可设计性、可调节性、可功能化等方面有着巨大优势，其高比表面积和孔隙率能够暴露更多活性位点，促进o2/h2o分子与催化活性中心接触，提高反应速率。此外，有机聚合物外延的π-共轭结构不仅可以将光吸收范围拓展到可见光区域，而且有利于光生电荷分离/转移、抑制复合，使太阳能利用率最大化。更重要的是有机聚合物模块化构筑方式为光催化应用在分子水平上调控组成、结构、光电性能及界面性质提供了丰富的选择，使导带/价带电位及带隙宽度同时满足o2还原和h2o氧化。虽然有机聚合物材料光催化应用方面有着巨大的优势，但由于缺乏特定的氧化还原中心，有机聚合物光催化制h2o2效率依然较低，仍需使用外加牺牲剂。
4、醌及其衍生物能够接受两电子还原成氢醌，而氢醌又可以失去两电子氧化为醌，是一类理想的两电子氧化还原中心，将其应用到有机聚合物光催化剂中可以接受光生电子并转移到o2分子上进而产生h2o2。但是，这类催化剂光生电荷寿命较短，光生电子还没来得及参与表/界面反应就已产生空穴复合，使得太阳能到化学能总体转化效率较低。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种用于光催化制备h2o2的氮杂醌基聚合物材料及其制备方法和应用。使用本专利技术的氮杂醌基聚合物材料进行光催化制备h2o2，光生电荷寿命长，光转化率高。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、本专利技术提供了一种用于光催化制备h2o2的氮杂醌基聚合物材料，由氮杂醌和富电子化合物通过偶联反应得到；
4、所述氮杂醌包括1-氮杂菲醌类化合物、1,10-邻二氮杂菲醌类化合物和双吡啶醌类化合物中的一种或多种；
5、所述富电子化合物包括1,3,5-三(4-乙炔基苯基)苯类化合物、三苯胺类化合物、1,1,2,2-四(4-乙炔基苯基)乙烯类化合物、苯并噻吩类化合物、四硫富瓦烯类化合物和咔唑类化合物中的一种或多种。
6、本专利技术还提供了上述技术方案所述的氮杂醌基聚合物材料的制备方法，包括以下步骤：
7、将氮杂醌、富电子化合物、催化剂和有机溶剂混合进行偶联反应，得到含氮杂醌基聚合物材料的反应液；
8、将所述反应液进行固液分离，将得到的固体依次进行洗涤和纯化，得到所述氮杂醌基聚合物材料。
9、优选的，所述富电子化合物与氮杂醌的物质的量比为1:1～10。
10、优选的，所述催化剂包括四(三苯基膦)钯、二氯二(三苯基磷)钯、碘化亚铜、双(环戊二烯)镍(ii)、三氟甲磺酸和乙酸中的一种或多种。
11、优选的，所述富电子化合物与催化剂的物质的量比为1:0.001～0.1。
12、优选的，所述富电子化合物与有机溶剂的用量比为0.5～3.0mmol:10～100ml。
13、优选的，所述偶联反应在氮气保护气氛中进行，所述偶联反应的温度为100～110℃，时间为3天。
14、本专利技术还提供了上述技术方案所述的氮杂醌基聚合物材料或上述制备方法得到的氮杂醌基聚合物材料在光催化制备h2o2中的应用。
15、优选的，所述光催化制备h2o2包括以下步骤：
16、将所述氮杂醌基聚合物材料和水混合后通入氧气，光照进行氧化还原反应，得到h2o2。
17、优选的，所述氮杂醌基聚合物材料和水的用量比为20～40mg:50ml。
18、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
19、本专利技术提供了一种氮杂醌基聚合物材料，以富电子的1,3,5-三(4-乙炔基苯基)苯、三苯胺、1,1,2,2-四(对乙炔基苯基)乙烯、苯并噻吩、四硫富瓦烯或咔唑类化合物为电子给体，以缺电子的氮杂醌为电子受体及氧化还原中心，不同的电子给体和电子受体相互组合，调控能带结构，是一种具有精确能带结构(导带、价带及带隙宽度)和活性中心空间分离的氮杂醌基聚合物材料，用于光催化制备h2o2时，电子给体-受体结构有利于电荷分离，氮杂醌中的氮掺杂可以引入额外的电子，增加载流子浓度并改善光生电子空穴分离效率，从而增强光催化反应的效率。
20、1)本专利技术通过构筑基元homo/lumo轨道重排获得系列精确能带结构和带隙宽度的氮杂醌基聚合物光催材料，使导带(cb)和价带(vb)电位同时满足o2还原/h2o氧化的要求，为建立可见光响应氮杂醌基聚合物光催材料设计理论并实现可控合成奠定基础。发展常温常压、无外加牺牲剂及可见光激发下高效光催化h2o和o2制h2o2新策略，符合当今社会需求和可持续发展战略。
21、2)本专利技术巧妙地利用氮杂醌氧化还原中心两电子存储特性，氮杂醌能够接受两电子还原成氢醌，而氢醌又可以失去两电子氧化为醌，是一类理想的两电子氧化还原中心，可以选择性接受两个光生电子本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于光催化制备H2O2的氮杂醌基聚合物材料，其特征在于，由氮杂醌和富电子化合物通过偶联反应得到；
2.权利要求1所述的氮杂醌基聚合物材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述富电子化合物与氮杂醌的物质的量比为1:1～10。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂包括四(三苯基膦)钯、二氯二(三苯基磷)钯、碘化亚铜、双(环戊二烯)镍(II)、三氟甲磺酸和乙酸中的一种或多种。
5.根据权利要求2或4所述的制备方法，其特征在于，所述富电子化合物与催化剂的物质的量比为1:0.001～0.1。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述富电子化合物与有机溶剂的用量比为0.5～3.0mmol:10～100mL。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述偶联反应在氮气保护气氛中进行，所述偶联反应的温度为100～110℃，时间为3天。
8.权利要求1所述的氮杂醌基聚合物材料或权利要求2～7任一项所述的制备方法得到的氮杂
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述光催化制备H2O2包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述氮杂醌基聚合物材料和水的用量比为20～40mg:50mL。
...【技术特征摘要】
1.一种用于光催化制备h2o2的氮杂醌基聚合物材料，其特征在于，由氮杂醌和富电子化合物通过偶联反应得到；
2.权利要求1所述的氮杂醌基聚合物材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述富电子化合物与氮杂醌的物质的量比为1:1～10。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂包括四(三苯基膦)钯、二氯二(三苯基磷)钯、碘化亚铜、双(环戊二烯)镍(ii)、三氟甲磺酸和乙酸中的一种或多种。
5.根据权利要求2或4所述的制备方法，其特征在于，所述富电子化合物与催化剂的物质的量比为1:0.001～0.1。
【专利技术属性】
技术研发人员：钟鸿，徐霞红，李晓丹，黄伟，李云同，
申请(专利权)人：井冈山大学，
类型：发明
国别省市：
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