[发明专利]一种金属铱基复合材料、其制备方法及光催化水解的方法

说明书

本发明提供了一种金属铱基复合材料、其制备方法及光催化水解的方法。本发明提供的金属铱基复合材料包括：高分子聚合物固相基底材料，接枝到所述高分子聚合物固相基底材料上的马来酸酐分子以及与所述马来酸酐分子共价连接的金属铱配合物；本发明在高分子聚合物固定基底材料上接枝马来酸酐分子，再将式(1)所示金属铱配合物与马来酸酐分子共价连接，形成了特定的金属铱基复合材料，其能够有效提高光敏剂在光催化水解产氢过程中的稳定性，在光催化剂水解产氢体系中具有超长的寿命，且保持优异的产氢活性。

技术领域

本发明涉及光催化水解领域，特别涉及一种金属铱基复合材料、其制备方法及光催化水解的方法。

背景技术

随着社会和科学技术的发展，能源与环保是当今社会的两大主题。化石燃料的大量使用，不仅造成了能源短缺，还带来严重的环境污染等问题。开发利用清洁、可再生的新型能源是社会发展面临的重大挑战。

氢能具有燃烧性好、清洁等优势，是替代化石能源的理想候选者。但目前工业上氢气的获得主要依赖于电解水，能耗较大。太阳照射到地球表面的平均功率约为120000TW，是人类社会当前能源消耗速率的10000倍。更重要的是，太阳能无需运输，分布相对均匀，环境友好，是社会发展的理想能源。如何有效将太阳能转化成氢能是光电转换领域关注的焦点。光催化水分解制氢技术，利用自然界中丰富的水资源，是将太阳能转换成氢能的理想方式。但直接将水分解成氢气和氧气相对困难，研究者更多的是在光催化水分解体系中加入牺牲剂，单独研究水还原和水氧化这两个半反应。

2005年，Bernhard课题组首次将金属铱配合物作为光敏剂(PS)应用于光催化水解产氢体系中。研究表明，在PS-[Co(bpy)₃]Cl₂-TEOA的体系中，所有基于铱配合物为光敏剂的产氢量均高于参比光敏剂多联吡啶钌配合物。这是因为，与钌相比，铱的原子序数更大，增强了配体场的分裂能。同时，在铱配合物中，配体与铱中心之间存在σ键，而在多联吡啶钌配合物中，配体与钌中心之间的化学键均为配位键，因而铱配合物具有更好的稳定性，也更适合作为光敏剂应用于光催化水分解产氢体系中。

2007年，该课题组以经典的离子型金属铱配合物为光敏剂，三乙醇胺为牺牲剂，铂为催化剂，详细探索了光催化进程。他们认为首先是光敏剂首先吸收光能，形成激发态，随后三乙醇胺给出电子，激发态的铱光敏剂得到电子，形成还原态。接着，还原态的光敏剂将电子转给铂催化剂，光敏剂重新回到基态，而水在铂催化剂的作用下被还原成氢气。此外，该篇文章还针对光敏剂失活这一过程进行了研究。质谱结果表明，在光照之前，溶液中的金属铱配合物并未发生改变，而光照一段时间后，质谱图中出现了两个新峰，分别对应于联吡啶脱落后铱配合物的分子量以及联吡啶脱落后铱配合物与乙腈溶剂配位形成新配合物的分子量；这一结果直观的证明了光催化体系失活是由于光敏剂联吡啶配体的脱落导致的。

随后，该课题组将光敏剂原来的两齿配体替换成了三齿配体。光催化实验表明，其寿命明显长于原来的两齿配体的光敏剂。邹志刚课题组则报道了一系列中性铱光敏剂，将原来的联吡啶替换成苯基吡啶，同样可以有效延长铱光敏剂的寿命。

Park课题组报道了一系列含三苯基硅基团的金属铱光敏剂。体积较大的三苯基硅基团可以最大限度地提高光敏剂使用寿命，这类含三苯基硅基团的光敏剂具有很长的寿命，最好的结果为144小时。而如何进一步提高光敏剂使用寿命仍为本领域的主要研发方向之一。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种金属铱基复合材料、其制备方法及光催化水解的方法。本发明提供的金属铱基复合材料能够有效提高光敏剂的使用寿命。

本发明提供了一种金属铱基复合材料，包括：

高分子聚合物固相基底材料，接枝到所述高分子聚合物固相基底材料上的马来酸酐分子以及与所述马来酸酐分子共价连接的金属铱配合物；

所述金属铱配合物具有式(1)所示结构：