基于有机给受体异质结的纳米纤维组合物及其静电纺丝制法与光催化应用制造技术

本发明专利技术公开了基于有机给受体异质结的纳米纤维组合物及其静电纺丝制法与光催化应用，本发明专利技术以含有机给体、受体和常用电纺聚合物的溶液为原料，通过静电纺丝方法，构建共轭给受体异质结，获得所述纳米纤维光解水制氢催化剂。而通过本发明专利技术方法在添加贵金属催化剂的条件下，催化剂制氢速率可达32mmol

【技术实现步骤摘要】
基于有机给受体异质结的纳米纤维组合物及其静电纺丝制法与光催化应用


[0001]本专利技术涉及光解水制氢催化剂材料及其制备领域，具体涉及一种基于有机给受体异质结的纳米纤维组合物及其静电纺丝制法与光催化应用，更确切的说，本专利技术涉及一种通过静电纺丝方法，将有机共轭给受体和电纺聚合物制备成异质结纳米纤维催化剂，及其用于光解水制取氢气的应用。

技术介绍

[0002]随着经济发展和科技进步，煤炭、石油以及天然气等化石能源的消耗不断增长。然而不可再生的化石能源在使用中会释放大量的二氧化碳和有毒气体，造成了严重的能源危机和环境污染问题。为了克服这些问题，人们需要发展低碳新能源。氢能具有燃烧热值高，清洁无污染等特点，对其开发利用具有重要现实意义。
[0003]目前氢能的生产存在生产耗能大，成本高等问题，开发新型的制氢技术迫在眉睫。利用储量巨大且无污染的太阳能，通过光催化分解水制氢是一种理想又前景广阔的途径。近年来，有机半导体材料凭借轻质、廉价和性能可调等优势，在光催化制氢领域得到了长足发展，光催化产氢的效率可以与传统的无机半导体材料相比较，目前已发展有多种类型的有机光催化制氢材料。
[0004]然而，有机半导体材料也存在着吸收范围较小、光催化稳定性较差、粉末状催化剂不易回收，易造成水体和环境污染等问题。使用单一有机半导体催化剂进行光催化制氢时，其制氢效率仍然效率较低，达不到实际生产的需要。简单的将两种能级相互匹配的半导体材料构筑异质结，制备异质结光催化剂，可以有效抑制电子空穴对的复合，提高载流子的迁移效率，大大提高催化剂的光催化性能。这一方式已经成功应用于有机给受体上，提高了相应光催化剂进行分解水制氢的能力和效率。
[0005]目前，暂无有机给受体异质结纳米纤维作为光催化剂分解水制氢的报道。有机静电纺丝能将有机给受体形成纳米级的接触界面，构筑异质结结构，处于良好的相分离状态，提高其光催化性能。静电纺丝可以快速简单的实现纳米纤维的制备，纳米纤维作为催化材料，具有比表面积大、活性位点多、形貌可调、稳定性好和易回收等优势。
[0006]然而，由于单纯的有机给受体难以通过静电纺丝的方式直接进行纳米纤维制备，本专利采用两亲性聚合物PEO和PVP作为电纺聚合物，这类材料具有良好的可纺性，能够解决有机共轭材料无法进行静电纺丝的问题。同时，两亲性的电纺聚合物材料将疏水的有机共轭材料和水相体系很好的结合，极大地增强了有机共轭材料在水相体系的分散，提高了光催化制氢效率。

技术实现思路

[0007]本专利技术目的是针对有机给受体异质结纳米纤维作为光催化剂分解水制氢的空白，提供一种静电纺丝一步法制备有机给受体异质结纳米纤维作为光分解水制氢催化剂的方
法，所制备纳米纤维具有异质结结构，形貌可控，稳定性较好，易于制备，容易大规模生产，对于多种类的有机半导体材料具有普适性，能较好应用于光催化分解水制氢领域。
[0008]本专利技术技术方案如下。
[0009]基于有机给受体异质结的纳米纤维组合物，所述组合物具有有机给受体之间形成稳定的异质结结构，包括有机给体与有机小分子共轭受体材料，通过静电纺丝方法制备，组合物具有纳米纤维形态；
[0010]所述有机给体为有机共轭给体聚合物材料，具有如下结构的一种：
[0011][0012]所述的R1具有如下结构的一种：
[0013][0014]其中n为1
‑
15的整数。
[0015]所述的R2具有如下结构的一种：
[0016][0017]所述的R3为
‑
H、
‑
F、
‑
Br、或
‑
Cl；
[0018]所述有机小分子共轭受体材料为IDTBR，Y6和富勒烯亲水性衍生物C
60
‑
(DMP
‑
OE)2中的至少一种：
[0019][0020]基于有机给受体异质结的纳米纤维组合物的静电纺丝的制备方法，所述静电纺丝制备方法过程包括：将有机给受体与电纺聚合物共混，有机给受体总质量百分浓度为0.5％
‑
10wt％，电纺聚合物质量百分浓度为1
‑
10wt％，在溶剂中搅拌制备成均匀溶液，调节工艺参数，通过静电纺丝的方法将溶液制备成纳米纤维组合物。
[0021]上述方法中，所述电纺聚合物为聚氧化乙烯PEO、聚乙烯基吡咯烷酮PVP、聚乳酸PLA、聚丙烯腈PAN、聚己内酯PCL中的至少一种，
[0022][0023]所述的给受体异质结纳米纤维的光催化应用。
[0024]上述方法中，所述溶剂为氯仿、N,N
‑
二甲基甲酰胺DMF的单一或混合溶液，当为混合溶液时，氯仿与N,N
‑
二甲基甲酰胺DMF的体积比为10:0
‑
8:2。
[0025]上述方法中，所述搅拌温度为20
‑
50℃，搅拌时间为8
‑
24h。
[0026]上述方法中，所述纺丝液中有机给受体总质量百分浓度为 0.5％
‑
10wt％，电纺聚合物质量百分浓度为1
‑
10wt％。
[0027]上述方法中，所述静电纺丝的工艺参数为：注射器推进速度为0.2
‑
2mL
·
h
‑1,、纺丝电压3
‑
10KV、喷头尺寸G18
‑
24、喷头到接收器距离7
‑
25cm、湿度范围30％
‑
70％。
[0028]一种基于有机给受体异质结的纳米纤维应用于光催化。
[0051]DMF：广州化学试剂厂，CAS编号：68
‑
12
‑2[0052]抗坏血酸：阿拉丁试剂(上海)有限公司，CAS编号：50
‑
81
‑7[0053]PFNDTBT、PFNDPP按照文献[J.Nano Energy 60(2019)775
–
783] 公开的方法合成。
[0054]C
60
‑
(DMP
‑
OE)2按照文献[J.Nano Energy 26(2016)7
–
15]公开的方法合成。
[0055]实施例的光解水制氢性能分析在Absolar
‑
IIIAG光催化在线分析系统(Perfectlight)上进行。具体实验操作如下:称量10mg纳米纤维异质结光催化剂，将其分散在50mL抗坏血酸水溶液(0.2M，通过1MNaOH溶液调节的pH＝4)中。然后，将溶液在超声仪(SK5200GT)中超声分散30分钟，然后加入25μL的H2PtCl4溶液(光照1h后原位沉积形成Pt纳米颗粒)，将反应进行脱气30min处理以除去溶解的氧气，之后采用氙灯(300W，Ceaulight)光照。到达溶液表面的光功率通过功率计校准为150mW
·
cm本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于有机给受体异质结的纳米纤维组合物，其特征在于：所述组合物具有有机给受体之间形成稳定的异质结结构，包括有机给体与有机小分子共轭受体材料，通过静电纺丝方法制备，组合物具有纳米纤维形态；所述有机给体为有机共轭给体聚合物材料，具有如下结构的一种：所述的R1具有如下结构的一种：其中n为1
‑
15的整数。所述的R2具有如下结构的一种：所述的R3为
‑
H、
‑
F、
‑
Br、或
‑
Cl；所述有机小分子共轭受体材料为IDTBR，Y6和富勒烯亲水性衍生物C
60
‑
(DMP
‑
OE)2中的至少一种：
2.权利要求1所述基于有机给受体异质结的纳米纤维组合物的静电纺丝的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝制备方法过程包括：将有机给受体与电纺聚合物共混，有机给受体总质量百分浓度为0.5％
‑
10wt％，电纺聚合物质量百分浓度为1
‑
10wt％，在溶剂中搅拌制备成均匀溶液，调节工艺参数，通过静电纺丝的方法将溶液制备成纳米纤维组合物。3.根据权利要求2所述基于有机给受体异质结的纳米纤维组合物的静电纺丝的制备方法，其特征在于，所述电纺聚合物为聚氧化乙烯PEO、聚乙烯基吡咯烷酮PVP、聚乳酸PLA、聚丙烯腈PAN、聚己内酯PCL中的至少一种，。4.根据权利要求2所述基于有机给受体异质结的纳米纤维组合物的静电纺丝的制备方法，其特征在于，所述溶剂为氯仿、N,N
...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄飞，林晓宇，胡志诚，曹镛，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：