[发明专利]一种超薄二维磷酸调控的金属酞菁/苝酰亚胺复合光催化剂的制备方法及应用

说明书

一种超薄二维磷酸调控的金属酞菁/苝酰亚胺复合光催化剂的制备方法及应用，它涉及一种光催化剂的制备方法及应用。本发明是要解决现有技术制备的苝酰亚胺基异质结复合体系电荷分离性能差，光生载流子在体相中复合几率较高，表现出较差的可见光催化二氧化碳还原活性的问题。方法：一、制备超薄自组装苝酰亚胺纳米片；二、表面修饰调控；三、复合。一种超薄二维磷酸调控的金属酞菁/苝酰亚胺复合光催化剂用于光催化还原二氧化碳，每克超薄二维磷酸调控的金属酞菁/苝酰亚胺复合光催化剂光催化还原二氧化碳可生成2.5微摩～3.5微摩一氧化碳和0.5微摩～1.1微摩甲烷。本发明可获得一种超薄二维磷酸调控的金属酞菁/苝酰亚胺复合光催化剂。

技术领域

本发明涉及一种光催化剂的制备方法及应用。

背景技术

为满足现代社会工业化的快速发展，人类对传统化石燃料的过度开发带来了日益严峻的环境问题和能源危机。相关研究者通过利用半导体光催化技术实现了从二氧化碳向太阳能染料的转化，可以极大程度地改善目前存在的一系列环境和能源问题。

与传统无机半导体催化剂(如TiO₂,ZnO,Bi₂WO₆等)相比，有机高分子材料具有优异的光学电学特性、易调节的电子结构以及廉价易得、储量丰富等优势。近年来，苝酰亚胺类超分子有机材料因其出色光吸收性能、电荷转移能力以及高度的稳定性在众多n型有机材料中脱颖而出。但是苝酰亚胺较正的导带底位置(～0.049eV vs NHE)使得其光生电子还原二氧化碳热力学能量不足。同时，商业购买的苝酰亚胺类有机超分子材料往往呈现出块状形貌，而有机材料中的电子的平均自由程往往仅为10纳米左右，使得商业苝酰亚胺下的光生电子-空穴对不能有效的分离，因此，往往表现出较差的可见光催化二氧化碳还原活性。

发明内容

本发明是要解决现有技术制备的苝酰亚胺基异质结复合体系电荷分离性能差，光生载流子在体相中复合几率较高，表现出较差的可见光催化二氧化碳还原活性的问题，而提供一种超薄二维磷酸调控的金属酞菁/苝酰亚胺复合光催化剂的制备方法及应用。

一种超薄二维磷酸调控的金属酞菁/苝酰亚胺复合光催化剂的制备方法，是按以下步骤完成的：

一、制备超薄自组装苝酰亚胺纳米片：

①、溶解：室温下将3,4,9,10-芘四羧基二亚胺加入到浓硫酸中，持续超声1h～5h，得到分子态苝酰亚胺溶液；

②、二次析出：向分子态苝酰亚胺溶液中注入温度为0℃～10℃的去离子水，再静置，得到超薄自组装苝酰亚胺纳米片的悬浊液；

③、清洗：以去离子水为清洗剂对超薄自组装苝酰亚胺纳米片的悬浊液进行离心清洗；

④、循环步骤一③数次，直至上层离心液的pH＝7，再去除上层离心液，得到去离子水清洗后的反应产物，对去离子水清洗后的反应产物进行干燥，得到超薄自组装苝酰亚胺纳米片；

二、表面修饰调控：

室温下将超薄自组装苝酰亚胺纳米片分散在浓度为0.5mmol/L～1.0mmol/L的磷酸醇溶液中，再进行超声、搅拌，得到磷酸修饰调控的苝酰亚胺纳米片悬浮液；

三、复合：

①、将金属酞菁加入到醇溶剂中，进行超声与搅拌，得到金属酞菁反应液；

②、将金属酞菁反应液加入到磷酸修饰调控的苝酰亚胺纳米片悬浮液中，再搅拌，得到混合反应液；

③、在温度为60℃～80℃的条件下将混合反应液蒸干，得到超薄二维磷酸调控的金属酞菁/苝酰亚胺复合反应产物；

④、以无水乙醇为清洗剂对超薄二维磷酸调控的金属酞菁/苝酰亚胺复合反应产物进行离心清洗，再以去离子水为清洗剂对超薄二维磷酸调控的金属酞菁/苝酰亚胺复合反应产物离心清洗；