[发明专利]一种光催化还原水产氢助催化剂、光催化体系及其应用

说明书

本发明公开了一种光催化还原水产氢助催化剂、光催化体系及其应用。所述光催化还原水产氢助催化剂为钴的配位聚合物(CoNC)；所述光催化体系包括异质结，牺牲剂和水；其中所述异质结通过将C₃N₄和光催化还原水产氢助催化剂经物理混合接触方法得到。本发明还公开了所述光催化体系在光催化还原水产氢中的应用。本发明中的光催化还原水产氢助催化剂为二维材料，能和二维的C₃N₄有良好的面对面接触；CoNC借助N配位点使单个的Co原子均匀的分散在CoNC块体上。本发明中的光催化还原水产氢体系成本低，无需复杂的反应设备，便于实际应用。

技术领域

本发明涉及光催化技术领域。更具体地，涉及一种光催化还原水产氢助催化剂、光催化体系及其应用。

背景技术

氢气(H₂)燃烧后的产物仅为清洁的水且其从水中又可再生出来，因此氢气被认为是一种理想的清洁能源。自从Honda与Fujishima开创了太阳能转化成氢能的研究先例，光催化还原分解水产氢有望取代化石燃料的开采。

石墨相氮化碳(C₃N₄)不含金属，对环境友好，热稳定性好，化学性质稳定，易于制备，是公认的二维廉价新型半导体之一。早在2009年，C₃N₄首次被王新晨用于可见光催化还原水产氢，得益于该成果的启示，大量与C₃N₄有关的催化体系被开发。

然而，和绝大多数半导体类似，受制于光生电子和光生空穴的快速复合，纯的C₃N₄自身的光催化活性很差，严重阻碍了其在光催化还原水产氢领域中的应用。为了抑制C₃N₄光生电荷的复合，过去人们常常引入不同类型的助催化剂。鉴于C₃N₄是二维材料，为了让助催化剂能和C₃N₄有好的接触以便更好的促进C₃N₄光生电荷的分离，引入新的二维助催化剂迫在眉睫。

因此，本发明提供了一种稳定和高效的二维光催化还原水产氢助催化剂、包含该助催化剂的光催化体系及其应用。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种光催化还原水产氢助催化剂。

本发明的第二个目的在于提供一种包含该助催化剂的光催化体系。

本发明的第三个目的在于提供一种光催化体系的应用。

为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：

一种光催化还原水产氢助催化剂，所述光催化还原水产氢助催化剂为钴的配位聚合物(CoNC)。本发明中的钴的配位聚合物(CoNC)是一个二维材料，拥有特殊的大共轭结构和结构的可调变形。

优选地，所述钴的配位聚合物(CoNC)的聚合度为2～100000。

优选地，所述光催化还原水产氢助催化剂通过将2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲与CoCl₂混合研磨，密封条件下加热，经冷却、洗涤和干燥制备得到。

此外，上述钴的配位聚合物(CoNC)在光催化还原水产氢的应用也在本发明的保护范围内，所述钴的配位聚合物通过将2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲与CoCl₂混合研磨，密封条件下加热，经冷却、洗涤和干燥制备得到。

本发明还提供了上述光催化还原水产氢助催化剂的制备方法，包括如下步骤：