[发明专利]一种基于大环化合物光敏染料与二氧化钛的杂化材料及其制备方法和在光催化中的应用

说明书

本发明公开了一种基于大环化合物光敏染料与二氧化钛的杂化材料及其制备方法和在光催化中的应用。这种杂化材料包括大环化合物光敏染料和二氧化钛；所述的大环化合物光敏染料，为杯芳烃化合物或者卟啉化合物。同时也公开了这种基于大环化合物光敏染料与二氧化钛的杂化材料的制备方法，以及这种杂化材料在光催化中的应用。本发明的大环化合物光敏染料与二氧化钛制成的有机‑无机杂化材料具有分级多孔的结构，能提高气体的自由扩散及CO₂表面吸附，增加反应物吸附量和活化程度，还可降低电子‑空穴对的复合几率，有效提升了光催化效率。另外，本发明的杂化材料具有高的稳定性，增强了光催化中循环利用稳定性。

技术领域

本发明涉及一种基于大环化合物光敏染料与二氧化钛的杂化材料及其制备方法和在光催化中的应用。

背景技术

随着化石燃料的消耗，人们开始面临能源枯竭的问题，如何提供充足的可再生能源引起了广泛高度的关注。太阳能洁净无污染，储量巨大，是解决以上问题的有效途径。光催化作为一种有效的光电转化技术，在光解水制氢和光催化还原CO₂方面具有重要的应用前景。然而，目前大多数光催化剂为紫外光响应，占太阳光能量43％的可见光无法有效利用，且半导体内部的高光生载流子复合率也制约了光催化效率的进一步提高。因此，拓展光催化剂的可见光吸收能力和提高其载流子分离效率具有重要的科学研究意义。

TiO₂作为半导体光催化剂的鼻祖，具有无毒、廉价、高效、高化学稳定性等优异性质，在光催化还原水制氢和光催化还原CO₂方面具有广阔的应用前景。然而，TiO₂的光谱响应范围窄、光生电子-空穴复合率高、对底物选择吸附性能差，限制了它在可见光催化中的应用。要提高TiO₂的光催化活性，需要从改善催化剂的这三个方面入手。目前常见解决方法是表面改性或者离子掺杂，然而，表面改性容易引起竞争吸附、占据活性位点等问题，离子掺杂则引入了大量的电子-空穴复合中心，导致光催化剂的催化活性和稳定性降低。

如何构建复合TiO₂材料的纳米结构，使之既能改善催化剂的太阳光捕获能力，又能提高其光生电子-空穴的分离和传输效率，还可以增加其对反应物的吸附量和活化程度，成为了本领域关注的课题。有机-无机杂化材料因可综合有机和无机材料各自的特性，并可实现性能的优化和互补而成为材料研究领域的热点。将具有特定功能的无机材料和合适的有机体进行杂化，可以得到性能更加优异的新型材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于大环化合物光敏染料与二氧化钛的杂化材料及其制备方法和在光催化中的应用。

本发明所采取的技术方案是：

一种基于大环化合物光敏染料与二氧化钛的杂化材料，包括大环化合物光敏染料和二氧化钛；所述的大环化合物光敏染料，为杯芳烃化合物或者卟啉化合物；

所述杯芳烃化合物的结构通式如式(Ι)或式(Ⅱ)所示：

D为电子给体，在式(Ι)中为或中的至少一种，在式(Ⅱ)中为或中的至少一种；

π为共轭桥连体，为或中的至少一种，n＝1或2；

A为电子受体，在式(Ι)中为或中的至少一种；

所述卟啉化合物的结构通式如式(Ⅲ)所示：

式(Ⅲ)中，M为Zn，Fe，Co，Pd或Pt。

杂化材料中，大环化合物光敏染料占二氧化钛质量的1％～15％。

一种基于大环化合物光敏染料与二氧化钛的杂化材料的制备方法，包括以下步骤：

1)染料溶液的配制：将大环化合物光敏染料溶于有机溶剂中，配成染料溶液；