[发明专利]铜石墨烯量子点共负载卟啉纳米管修饰电极的制备方法

说明书

本发明涉及光电催化领域，本发明提供了一种铜石墨烯量子点共负载卟啉纳米管修饰电极的制备方法。本发明制备出石墨烯量子点，以发烟硫酸为硫源制备出四磺酸苯基金属卟啉，从而提高金属卟啉的水溶性，并在多孔α‑氧化铝基板上生长了致密的四磺酸苯基金属卟啉纳米管；然后通过简单的热聚合法得到铜石墨烯量子点共负载的卟啉纳米管丙酮溶液，将其分散在玻璃电极上，并沉积全氟磺酸和多聚‑L‑赖氨酸高分子膜，以形成稳定的修饰电极。本发明电极在水光解制氰、环境污染治理，染料敏化太阳能电池领域等方面具有重要发展前景。

技术领域

本发明涉及光电催化领域，尤其涉及一种铜石墨烯量子点共负载卟啉纳米管修饰电极的制备方法。

背景技术

当前资源短缺问题日渐突出，资源消耗已逼近环境承载极限。以太阳能驱动为解决这些问题提供了一个全新的绿色途径，已经受到研究者们的广泛关注。光电催化过程能够整合光催化和电催化两者的优势，从而实现对太阳能的利用具有更高的效率和更理想的选择性。近年来，光电催化蓬勃发展，已经取得了一些令人瞩目的成果。

通常，将贵金属纳米颗粒金，银，铂等引入半导体表面有助于扩大可见光区域和光捕获范围，但它们储量有限价格高昂，引入铁，镍，铜等便宜的金属到核部分是一种有效节约贵金属催化剂生产成本的方法。运用纳米制备技术，以铜替代贵金属，制备出结构新颖、性能优越的复合材料，在增强催化活性的同时，有效降低催化剂的成本，提高贵金属资源的利用率，具有重要的理论意义和应用价值。

卟啉具有高的共轭结构和化学稳定性，无论在酸性还是碱性条件下，都有良好的光电催化还原活性，具有优异的电学和光学性质，拥有巨大的比表面积和出色的电子转移能力。

石墨烯量子点是零维碳纳米材料，其量子限域效应和边缘效应显著，具有独特的光电传输特性，同时，它又具有石墨烯材料的优异导电性能及上转换荧光性能，因而广泛应用于光电领域。

卟啉具有独特的大π分子结构，是一种性能稳定的光敏材料，具有良好的给电子能力，因此将具有强吸光能力和给电子能力的卟啉与具有表面等离子体共振效应的铜和具有电子转移能力的石墨烯材料结合起来，实现卟啉与铜、石墨烯材料之间的电子传递和增强光电性能。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种铜石墨烯量子点共负载卟啉纳米管修饰电极的制备方法。本发明制备出石墨烯量子点，以发烟硫酸为硫源制备出四磺酸苯基金属卟啉，从而提高金属卟啉的水溶性，并在多孔α-氧化铝基板上生长了致密的四磺酸苯基金属卟啉纳米管；然后通过简单的热聚合法得到铜石墨烯量子点共负载的卟啉纳米管丙酮溶液，将其分散在玻璃电极上，并沉积全氟磺酸和多聚-L-赖氨酸高分子膜，以形成稳定的修饰电极。

本发明的具体技术方案为：一种铜石墨烯量子点共负载卟啉纳米管修饰电极的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：石墨烯量子点的制备：pH=9.5-10.5下，将氧化石墨溶液超声分散后转移至聚四氟乙烯反应釜中，210-230℃反应20-30 h，抽滤，透析得到石墨烯量子点，55-65℃下真空干燥6-10 h，保存备用。

步骤2：烯基丁二酸铜的制备：75-85℃下，在烯基丁二酸钠水溶液中引入氯化铜水溶液，再在室温下搅拌10-15 h。抽滤，洗涤，干燥，保存备用。

步骤3：四磺酸苯基卟啉的制备：将四苯基卟啉溶于二氯甲烷中，在氯化氢气氛下与溶有发烟硫酸的二氯甲烷反应，30-40℃下搅拌回流0.5-1.5 h；冷却至室温后在水中静置沉淀，抽滤，洗涤，得到粗四磺酸苯基卟啉，提纯，得到四磺酸苯基卟啉，保存备用。

步骤4：四磺酸苯基金属卟啉的制备：105-115℃下，将N，N-二乙基甲酰胺、四磺酸苯基卟啉及金属氯化物的混合溶液在氮气气氛下反应6-10 h，待冷却至室温时，倾入水中，静置沉淀，过滤，洗涤，得到粗四磺酸苯基金属卟啉，提纯得到四磺酸苯基金属卟啉。