[发明专利]一种具有可见光催化活性的Ta/W混配型多酸有机-无机杂化物及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有可见光催化活性的Ta/W混配型多酸有机‑无机杂化物及其合成方法，属于无机合成及其光催化技术领域。本发明中杂化物分子式为[Cu(C₃H₄N₂)₂]₁₂Na₂K₃H₁P₄Ta₆W₃₀O₁₂₄·11H₂O，是第一例基于Dawson型Ta/W混配型多酸的有机‑无机杂化物，其特点为难溶于水、在可见光下具有很好的催化产氢活性，其合成过程中以K₅Na₄[P₂W₁₅(TaO₂)₃]·17H₂O、醋酸铜和咪唑为主要原料，采用两步合成法。其结构特点为每结构单元里连有12个铜原子，每个铜原子与两个咪唑环配位连接,所有Cu的价态为+1。

技术领域

本发明属于无机材料领域，具体涉及一种具有可见光催化活性的Ta/W混配型多酸有机-无机杂化物及其制备方法。

背景技术

随着人口和经济的迅速增长，世界能源的消耗成倍增长，加速了化石燃料的枯竭，因而寻找新能源代替化石燃料已刻不容缓。在新能源领域中，氢能已普遍被认为是一种理想的清洁、高效的绿色能源，在国民经济和社会生活中得到广泛的应用。开发有效的光催化剂、发展光催化产氢技术是解决目前人们面临的能源有效途径之一。

前期工作中，我们成功将Ta引入到多缺位钨酸盐中，获得了一系列具有高效光解水活性的Ta/W混配型多酸。而且证明，在这类化合物中，由于Ta5d轨道和W5d轨道的杂化使得整个分子的LUMO水平提高，使得光催化剂的产H₂能力大大提高(J.Am.Chem.Soc.,2012,19716–19721)。但是这类Ta/W混配型多酸易溶于水、难以回收再利用，且仅在紫外光下才能表现出很好的光催化产氢活性。因此将这种Ta/W混配型多酸进一步修饰，制备成难溶的、具有可见光活性的光催化剂将具有重要意义。

选择合适配体和过渡金属离子与多酸反应，形成不同结构的有机-无机杂化化合物，可以有效调节多酸化合物的溶解性、极性、光吸收、电化学等性质，并会引起一些特殊的应用性能。这类杂化物通常具有较高的晶格能，因此难溶于水和常见有机溶剂；而且在这类化合物中，可能存在配体到多酸的电荷转移，从而有效改善多酸的光吸收特征，使这些杂化物可以吸收可见光。目前国内外一些研究组已经成功将Keggin-、Anderson-和Lindqvist型阴离子制备成了这种有机-无机杂化物；但是基于Wells-Dawson型多酸的相关化合物有较少报道，而且Ta/W混配型多酸与有机配体和过渡金属形成的杂化物尚未见报道。

因此，将具有光催化活性的Ta/W混配型多酸与合适的过渡金属、有机配体反应，制备出难溶于水且具有可见光催化活性的有机-无机杂化物，并开发其在光催化产氢领域的应用具有重要的科学意义。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种具有可见光催化活性的Ta/W混配型多酸的有机-无机杂化物及其制备方法，其在可见光下具有良好光催化产氢性能。