[发明专利]一种ZnTPyP/WO3

说明书

本发明公开了一种ZnTPyP/WO₃Z型材料、其制备方法及应用，属于材料化学和物理化学光催化技术领域，该方法以WO₃纳米棒为模板，利用ZnTPyP分子中吡啶基团上N原子和WO₃中W原子之间的N‑W配位作用，通过酸碱中和胶束限域的方法使得ZnTPyP单体优先在WO₃纳米棒的表面进行组装，通过控制反应条件，实现ZnTPyP在WO₃上的可控共组装，最终得到了一系列具有不同形貌结构的ZnTPyP组装体/WO₃复合材料，光催化产氢性能测试结果显示ZnTPyP组装体/WO₃复合材料展现出了优异的光催化产氢性能。这种方法设备简单、是合成卟啉基Z型光催化材料的简单高效的方法。

技术领域

本发明属于材料化学和物理化学光催化领域，具体涉及一种ZnTPyP/WO₃Z型材料、其制备方法及应用。

背景技术

氢能具有燃烧值高、产物绿色、来源广泛等优点，是未来最可能替代化石燃料的理想清洁能源。光催化分解水是一种有效的制氢途径，为了实现高效的光催化分解水制氢效率，研究者们开发了不同类型的光催化剂。传统光催化剂可分为单一结构光催化剂和II型异质结复合催化剂。然而在光催化过程，前者光生电子-空穴对易体相复合，且光响应区域多为紫外光区域；后者虽然通过复合的方式有效的解决了前者存在的上述问题，但是相比于原有的单一组分半导体催化剂来说氧化还原能力有所下降。

基于以上问题，研究者们受到植物光合作用中独特的电子传输机制的启发，提出并成功构筑了Z型光催化体系。在Z型光催化体系中，光生电子能够沿着“Z”型路径从PS II的导带通过复合界面或者电子传输介质与PS I价带上的光生空穴相复合，既有效的抑制了光生电子-空穴的有效复合，又保留了组成催化材料原有的强氧化还原能力，有效的解决了上述两种催化剂存在的问题。但Z型光催化剂也存在着一些限制：首先，催化剂材料必须具备相匹配的能级结构才能使得光生电子沿着“Z”型路径进行传输；其次，现有的Z型光催化剂一部分为吸收紫外光材料，光能利用率低，还有一部分为具有剧毒的CdS、MoS₂等含硫金属化合物，体系稳定性较差，应用受到了一定的限制；最后，现有的Z型光催化剂制氢速率较低，实际应用受到了极大限制。因此开发新型无毒、具有可见光吸收区域、更加高效制氢性能的Z型光催化剂是当前所面临的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种ZnTPyP/WO₃Z型材料、其制备方法及应用。

基于上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种ZnTPyP/WO₃Z型材料的制备方法，包括以下步骤：

1) 将ZnTPyP单体粉末溶于HCl溶液中，得到ZnTPyP/HCl溶液；其中ZnTPyP粉末在HCl溶液中的浓度为0.01 mol/L ~0.02 mol/L，HCl溶液浓度为0.1 mol/L ~1 mol/L，优选地，ZnTPyP粉末在HCl溶液中的浓度为0.01 mol/L，HCl溶液的浓度为0.2 mol/L；

2) 配制乳化剂溶液，将WO₃纳米棒分散在乳化剂溶液中，并向其中加入NaOH溶液；

3) 将步骤1）中得到的ZnTPyP/HCl溶液加入到步骤2）得到的溶液中，使混合后的溶液pH值为2.5~12，室温下搅拌24-72 h，离心分离，所得固体即为ZnTPyP /WO₃Z型材料，步骤1）配制的溶液和步骤2）配制的溶液的体积比为1:（47~48）