[发明专利]一种光敏化剂、复合光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及一种光敏化剂、复合光催化剂及其制备方法。

背景技术

1991年，瑞士洛桑工学院的教授在Nature上首次报道了染料敏化多孔TiO₂纳米 薄膜为光阳极的太阳能电池(Dye-sensitized Solar Cells，简写为DSSCs)，它以羧酸联吡啶 钌(II)配合物为染料敏化剂，其光电转化效率在AM1.5的模拟太阳光照射下可以达到7.1～ 7.9％，并且价格较低，因而引起了全世界的关注(B O’Regan，MNature，1991，353： 737～739)。此后，人们在这种电池的运作机理及电池组成部分的优化性能改进部分作了大量 的研究，使DSSCs能向实用化发展。在DSSCs中，染料敏化剂就像捕获天线，起着收集能 量的作用，它的性能将直接影响到DSSCs的光电转化效率，具有非常重要的作用。在20多 年的研究当中，人们合成了近千种染料，但只有一小部分具有良好的光电敏化性能，其中主 要是钌的联吡啶配合物。作为染料敏化剂不但要求其对太阳光具有良好的广泛吸收，高的摩 尔消光系数，在半导体上吸附性能良好(有在TiO₂表面吸附良好的基团，如-OH、-COOH、 -SO₃H、-PO₃H₂等)，还要有合适的氧化-还原电位，激发态寿命长、光致发光性好以及具有 良好的稳定性等。但从目前的研究来看，联吡啶钌系列配合物是目前研究和应用最多的一类 染料，这是因为他们具有较宽的可见光吸收谱、理想的氧化还原性能以及高的氧化态稳定性。 但由于钌系贵金属，其金属配合物合成难度较大，且易造成环境污染，因此人们开始开发其 他配合物的染料敏化剂。现已发现了各种敏化剂，如Rhodamine B、Thionine等纯有机染料，金 属酞菁等有机金属配合物(Bae E，Choi W，Park J，Shin H S，Kim S B，Lee J S.J Phys Chem B. 2004(108)：14093-14101.)，含有高度共轭结构的聚合物(Lin Song，RongLiang Qiu，Yueqi，et al.Catalysis Communications，2007(8)：429-433)等。目前，光敏化TiO₂催化剂已广泛的应 用于可见光分解水制氢、光电太阳能电池和可见光催化降解有机污染物的研究中。但总的来 说其可见光催化性能不理想，且易造成环境污染。因此，需要研制新型高效的、环保的光催 化剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光敏化剂及其制备方法，该光敏化剂具有可见光频谱范围的 光敏化性能；该光敏化剂的制备方法简单易行、成本低廉。本发明的另一目的在于提供一种 复合光催化剂及其制备方法，该复合光催化剂以纳米二氧化钛为基体，吸附本发明提供的光 敏化剂形成，可用于可见光分解水制氢、染料敏化太阳能电池和可见光催化降解有机污染物 中。该复合光催化剂的制备方法同样具有简单易行、成本较低的特点。

本发明技术方案为：

一种光敏化剂，其主体成分为8-羟基喹啉-5-磺酸铁(III)络合物的黑色粉末，易溶于水形 成深绿色的溶液，微溶于乙醇，并且在pH＜8下具有很高的络合稳定性。其分子式为 (C₉H₆NSO₄)₃Fe·2H₂O，其中(C₉H₆NSO₄)₃Fe的结构式为(如图2所示)：

上述光敏化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将8-羟基喹啉-5-磺酸溶于NaOH热溶液中，控制8-羟基喹啉-5-磺酸与NaOH的 摩尔比为n_HQS∶n_NaOH＝1∶0.9～1.1，生成8-羟基喹啉-5-磺酸钠溶液；

步骤2：在8-羟基喹啉-5-磺酸钠溶液中滴入FeCl₃溶液，控制8-羟基喹啉-5-磺酸与FeCl₃的摩尔比为n_HQS∶n_FeCl3＝3∶0.9～1.1；然后将溶液的pH值调节至4～5；