本发明专利技术公开了一种全色光响应的二氧化钛基光催化材料及其制备方法和产氢应用，属于光催化产氢技术领域。将纳米TiO2粉体加入到抗坏血酸水溶液中，搅拌，固液分离后获得土黄色产物为可见光响应的二氧化钛基光催化材料，再将其加入到非对称锌酞菁衍生物乙醇溶液中，搅拌，固液分离得到全色光响应的二氧化钛基光催化材料；将抗坏血酸水溶液和非对称锌酞菁衍生物乙醇溶液的加入顺序调换也可同样得到全色光响应的二氧化钛基光催化材料。本发明专利技术首次以抗坏血酸和酞菁类染料在TiO2表面制备了将配体到金属的电荷转移和染料敏化两种机理集于一体的全色光响应的二氧化钛基光催化材料，可用于光催化产氢，光谱响应范围宽（400-800nm）。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光催化产氢
，具体涉及一种全色光响应的二氧化钛（TiO2)基 光催化材料及其制备方法和产氢应用。
技术介绍
人类社会工业化的飞速进程所带来的化石能源（如煤、石油和天然气）的逐渐枯 竭和日益加剧的环境污染等问题严重威胁着人类社会的可持续发展。因此，开发洁净的新 能源己迫在眉睫。光催化是一种极具发展前景的"Solar fuels (太阳能燃料）"制备技术。 目前，二氧化钛（TiO2)因具有廉价、稳定和无毒无污染等特性而成为研宄最广泛、最受欢迎 的光催化材料，但TiO 2的最大不足在于其带隙较宽（~3. 2eV)，仅能利用太阳光中~4% 的紫外光，而对占太阳光能量总量的~53%的可见光和~43%的红外光无能为力。因此， 人们围绕TiO 2发展了一系列的调控策略（如离子掺杂、贵金属负载、与窄带隙半导体复合 以及染料敏化等）来提高其对可见光（甚至红外光）的响应能力，以期构建高效、稳定、经 济和全色光响应的光催化材料来满足未来可持续发展的要求。 染料敏化是提升宽带隙半导体（如1102等）对可见光的响应能力的一种行之有 效，且广泛采用的策略。理想的情况应是一种染料能对太阳光的可见和红外光区均具有很 强的吸收能力，但实际情况是每种染料基本上仅对各自的特征吸收范围具有一定的光响应 能力。例如，钌-联吡啶类配合物、扑啉类配合物、有机染料等基本上仅对400-600nm的可 见光区具有较好的吸收能力（J. Am. Chem. Soc. 2009, 131，18457 ;ACS Catal. 2014, 4, 2763); 酞菁类配合物和方酸类染料则通常对600-800nm的红光/近红外光有较强的吸收能力 (Phys. Chem. Chem. Phys.，2010, 12, 13020 ;J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 2320)。由此可见，通过 单一染料敏化的方法很难构建具有全色光响应能力的染料敏化TiO2基光催化材料。此外， 由于钌-联吡啶类配合物等存在高成本及潜在的重金属污染，而有机染料虽然环境危害相 对较小但亦存在合成工艺复杂等问题。因此，开发更廉价、环境友好的染料敏化半导体体系 对光催化产氢领域而言也是势在必行的。
技术实现思路
为了克服上述现有的染料敏化半导体产氢技术的不足，本专利技术的目的在于提供 一种全色光响应的二氧化钛（TiO 2)基光催化材料及其制备方法和产氢应用。本专利技术用廉 价、无毒、无污染的抗坏血酸（AA，分子结构如图1所示）在110 2表面原位形成表面电荷 转移配合物（AA-TiO2)，其具有在400-600nm范围内的可见光响应能力和光催化产氢活性 高等特点。然后采用在600-800nm范围内具有红光/近红外光响应能力的非对称锌酞菁 (Zn-tri-PcNc，分子结构如图1所示）共敏化，构建在400-800nm范围内的全色光响应的 TiO2基光催化材料（Zn-tri-PcNc-Ti02-AA)。 本专利技术的目的通过下述技术方案实现： -种可见光响应的二氧化钛（TiO2)基光催化材料，为抗坏血酸（AA)在纳米二氧 化钛表面原位形成的表面电荷转移配合物（AA-TiO 2)。该材料可响应400-600nm波长的可 见光。 -种全色光响应的二氧化钛（TiO2)基光催化材料（Zn-tri-PcNc-Ti0 2-AA)，为在 上述表面电荷转移配合物（AA-TiO2)上负载有非对称锌酞菁衍生物（Zn-tri-PcNc)的光催 化材料或者为在负载有非对称锌酞菁衍生物的纳米二氧化钛表面原位形成的表面电荷转 移配合物，这两者实质为一种材料，两者均可响应400-800nm波长范围内的全色光。该光催 化材料中非对称锌酞菁衍生物的负载量优选为4-8 μ mol/g。 上述可见光响应的二氧化钛基光催化材料的制备方法，包括如下步骤：将纳米 TiO2粉体加入到无色的抗坏血酸（AA)水溶液中，搅拌，悬浮液立即变为土黄色，固液分离后 获得土黄色产物（如图2所示），该产物即为可见光响应的二氧化钛基光催化材料AA-TiO 2。 所述的抗坏血酸水溶液的浓度优选为ΙΟ-lOOmM，纳米1102粉体与抗坏血酸水溶液 的质量体积比（mg/mL)优选为1:1。 上述全色光响应的二氧化钛基光催化材料的制备方法，为方法A或方法B， 其中，方法A包括如下步骤：按照上述方法制备AA-TiO2，再将其加入到非对称锌 酞菁衍生物（Zn-tri-PcNc)乙醇溶液中，搅拌12-24小时后，固液分离得到全色光响应的二 氧化钛基光催化材料Zn-tri-PcNc-TiO 2-AA。 方法B包括如下步骤：将纳米TiO2粉体加入到非对称锌酞菁衍生物乙醇溶液中， 搅拌12-24小时后，固液分离，所得固体加入到抗坏血酸水溶液中，搅拌，固液分离得到全 色光响应的二氧化钛基光催化材料。 所述的非对称锌酞菁衍生物为根据酞菁的外围取代基团的电子"推-拉"效应合 成的不对称酞菁染料。所述的非对称锌酞菁衍生物乙醇溶液的浓度优选为0. 13-0. 27mM，纳 米1102粉体与非对称锌酞菁衍生物乙醇溶液的质量体积比（mg/mL)优选为100:3。 上述可见光响应的二氧化钛基光催化材料（AA-TiO2)或全色光响应二氧化钛基光 催化材料（Zn-tri-PcNc-Ti0 2-AA)在光催化产氢领域中的应用。 一种用于光催化产氢的光催化剂，通过包含如下步骤的方法制备得到：将负载有 Pt的纳米TiO2或加入到抗坏血酸水溶液中得光催化剂；或在负载有Pt的纳米TiO2上再负 载非对称锌酞菁衍生物，将其加入到抗坏血酸水溶液中得光催化剂。即该用于光催化产氢 的光催化剂为负载有Pt的二氧化钛基光催化材料4八-110 2或Zn-tri-PcNc-TiO 2-AA。 所述的抗坏血酸水溶液的pH优选为2. 6。 本专利技术以廉价的AA和TiO2为原料，通过简单的"原位形成"方法制备了具有可见 光响应能力的表面电荷转移配合物（AA-TiO2)光催化材料，再以具有强红光/近红外光响 应能力的非对称酞菁染料共当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可见光响应的二氧化钛基光催化材料，其特征在于：为抗坏血酸在纳米二氧化钛表面原位形成的表面电荷转移配合物。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：彭天右，张晓虎，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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