一种制备单原子Pt嵌入共价有机框架的光催化剂的方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种制备单原子Pt嵌入共价有机框架的光催化剂的方法及其应用。通过在制备TpPa

【技术实现步骤摘要】
一种制备单原子Pt嵌入共价有机框架的光催化剂的方法及其应用


[0001]本专利技术涉及新材料制备
，具体涉及一种制备单原子Pt嵌入共价有机框架的光催化剂的方法及其应用。

技术介绍

[0002]太阳能因其无污染、易获取等优点获得了人们广泛的关注，通过模拟自然界中的光合作用，将太阳能转化为化学能，是开发可再生能源的有效途径。面对日益严重的能源危机和环境问题，光催化作为清洁能源理想技术，实现了环境净化和能源转换，具有很好的应用前景。
[0003]光催化分解水制氢技术作为获得可持续发展的新能源——氢能的途径之一，具有绿色，经济，有效利用太阳能等优点。在光催化分解水制氢技术中，主要有三个过程，首先是光催化剂吸收一定波长的光后被激发，其次是光生电子
‑
空穴对分离与迁移，最后是催化剂活性位点处发生催化反应。因此，提高光吸收范围和效率，促进载流子分离与迁移以及加速表面反应动力学有着很重要的研究意义和应用价值。此外,在整个太阳能辐射光谱中,可见光波段占据47%，为了实现可见光的有效利用，光催化剂的能带隙需满足在1.8 eV
‑
3.1eV之间，因此，寻找适合的、可用于析氢反应的光催化剂是光催化分解水制氢的关键因素之一。
[0004]共价有机骨架材料(COFs)由C，H，O，N，B等轻质元素与强共价键连接而成,具有高孔隙率、周期性有机单元、较宽的可见光吸收和高的热稳定性和化学稳定性等特点，是一种引人注目的新型多孔有机材料。近年来，二维COFs由于具有更高的有序结构和共轭的骨架而引起了越来越多的研究兴趣。值得注意的是，TpPa
‑1‑
COF作为二维(2D)β
‑
酮烯胺COFs的代表材料，在可见光区域表现出较宽的光吸收范围，可作为光催化剂用于光解水制氢。由于受到光生电子
‑
空穴快速复合的限制，TpPa
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COF光催化剂的催化性能还远远不能令人满意。
[0005]申请号为CN201910582755.X的专利技术专利公开了一种二硫化钼/TpPa
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COF复合材料的制备及光解水制氢。申请号为CN202010885623.7的专利技术专利公开了一种氧缺陷二氧化钛/TpPa
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COF异质结光催化剂的制备方法。然而，这些合成TpPa
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COF基光催化剂的方法合成时间长、能耗高、光催化制氢效率低。
[0006]负载助催化剂是抑制载流子复合的有效途径，不仅可以捕获电子，而且提供有效的质子还原位点，以此显著提高光催化析氢活性。G.Xuan等人以共价有机框架材料为载体，将钯(Pd)纳米颗粒组装到其中,合成了Pd0/TpPa
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COF光催化剂用于光催化分解水产氢(Int.J.Hydrogen Energy 2019，44(23)：11872
‑
11876),具有较好的光解水产氢性能，然而，该制备条件苛刻、需要超高真空条件、反应时间周期长，不适合光催化剂的大规模实际生产。
[0007]概括来讲，现有技术存在以下问题：（1）目前，光催化剂对太阳光中的可见光吸收利用率不高，光生电子
‑
空穴对复合
速率高，光催化反应活性位点少，导致光催化分解水制氢效率仍然较低；（2）目前合成COF基光催化剂的方法往往需要超高真空条件下制备、反应条件苛刻，并且合成时间长、能耗高，不适合光催化剂的大规模实际生产。

技术实现思路

[0008]针对本专利技术所要解决的技术问题，具体如下：（1）目前合成COF基光催化剂的方法往往需要超高真空条件下制备、反应条件苛刻，并且合成时间长、能耗高，不适合光催化剂的大规模实际生产。本专利技术采用一种新型的“外部助剂”辅助固相合成法制备了单原子Pt负载的TpPa
‑1‑
COF光催化剂，不需要超高真空条件、反应条件温和、合成时间短、能耗低，适合大规模生产。
[0009]（2）单原子光催化剂存在的主要问题是由于单个金属原子表面自由能高，可迁移，易于聚集导致单原子不稳定。本专利技术利用具有高孔隙率、高结构稳定性以及具有大量不饱和配位原子的TpPa
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COF多孔材料来锚定单核金属前驱体,以实现其均匀的原子级分散和空间分布,再经过后处理移除前驱体,利用载体的不饱和配位原子锚定单原子,防止其迁移团聚。
[0010]（3）贵金属纳米颗粒负载的光催化剂往往活性位点少，导致光催化制氢效率低。本专利技术利用单原子Pt嵌入TpPa
‑1‑
COF材料，能提高贵金属单原子Pt的原子利用率，使得单原子Pt作为活性位点数量多，从而导致其光催化制氢效率大大增强。
[0011]针对上述的不足，本专利技术提供了一种制备单原子Pt嵌入共价有机框架的光催化剂的方法及其应用，该制备方法采用负载单原子助催化剂的方式，提高TpPa
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COF光催化制氢性能，制备过程简单易行，合成反应时间短，反应条件温和，具有较好的应用前景。
[0012]为解决现有技术问题，本专利技术采取的技术方案为：一种制备单原子Pt嵌入共价有机框架的光催化剂的方法，采用“外部助剂”辅助固相合成法合成Pt1@TpPa
‑1‑
COF，具体包括如下步骤：步骤1，称取300
‑
500mg对甲苯磺酸和30
‑
50mg对苯二胺混合研磨3
‑
10min，称取50
‑
100mg的1，3，5
‑
三醛基间苯三酚加入到研钵中，研磨5
‑
20 min，逐滴加入含有不同比例含铂(Pt)的前驱体溶液50
‑
150
µ
L，继续研磨，得橙色的泥状物；步骤2，将橙色的泥状物转移至表面皿，再放入干燥箱中150
‑
200℃反应2
‑
6 min，得深红色产物，待冷却至室温后，用N,N
‑
二甲基乙酰胺、去离子水、丙酮依次洗涤各2
‑
5次,洗涤后的产物在鼓风干燥箱中50
‑
80℃下干燥充分；步骤3，将干燥后的产物充分研磨20
‑
30 min后，在高纯Ar保护下110
‑
140℃保温0.5
‑
2h后，随炉冷却至室温，得深红色单原子Pt嵌入的TpPa
‑1‑
COF光催化剂，即X% Pt1@TpPa
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COF,X表示为单原子Pt的理论负载量。
[0013]作为改进的是，步骤1中含铂(Pt)的前驱体为氯铂酸六水合物(H2PtCl
6 6H2O)。
[0014]作为改进的是，步骤2中干燥箱的干燥温度为170℃。
[0015]作为改进的是，步骤3中X的取值为0.2
‑
5 wt%。
[0016]上述制备方法所得光催化剂在光催化分解水产氢上的应用。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备单原子Pt嵌入共价有机框架的光催化剂的方法，其特征在于，采用“外部助剂”辅助固相合成法合成Pt1@TpPa
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COF，具体包括如下步骤：步骤1，称取300
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500mg对甲苯磺酸和30
‑
50mg对苯二胺混合研磨3
‑
10min，称取50
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100mg的1，3，5
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三醛基间苯三酚加入到研钵中，研磨5
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20 min，逐滴加入含有不同比例含铂(Pt)的前驱体溶液50
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150
µ
L，继续研磨，得橙色的泥状物；步骤2，将橙色的泥状物转移至表面皿，再放入干燥箱中150
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200℃反应2
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6 min，得深红色产物，待冷却至室温后，用N,N
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二甲基乙酰胺、去离子水、丙酮依次洗涤各2
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5次,洗涤后的产物在鼓风干燥箱中50
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【专利技术属性】
技术研发人员：奚新国，王艳，董鹏玉，张艾彩珺，程婷，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：