[发明专利]用于光催化辅酶再生的异质结催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于光催化辅酶再生的异质结催化剂，由三聚氰胺、二氧化钛(P25)、单宁酸三个组分组成，三者之间的质量比为100：10：(1～20)。利用多酚物质的界面自组装作用在三聚氰胺表面生长多酚‑P25的涂层，随后利用煅烧法对预组装物质按照一定程序进行煅烧得到光催化剂g‑C₃N₄@C‑P25。本发明中表面多酚涂层的预组装创造了更多的异质结界面，多酚转换的C基促进了异质结界面的电子的传递过程，这显著提高了光催化辅酶再生的效率，该方法条件温和，工艺简单，并通过调控单宁酸的加入量进行调控，选择适量的单宁酸加入量一方面减少P25颗粒在表面的聚集，另一方面增大光吸收效率，从而提高光催化辅酶再生性能。

技术领域

本发明涉及光催化剂制备，尤其涉及用于光催化辅酶再生的异质结催化剂及其制备方法。

背景技术

酶催化具有较高的活性、高效的选择性和反应条件温和等优点，在化学品合成领域有广泛的应用。氧化还原酶占所有酶种类的25％，在手性药物、精细品化学合成领域有较大的应用潜力，氧化还原酶在参与催化反应过程中需要氧化还原当量的参与传递电子，自然界的最常见的氧化还原当量是NAD(P)H，约80％的氧化还原反应需要辅酶NAD(P)H的参与完成催化反应，然后这类辅酶因子价格昂贵，而其中光催化辅酶再生的方法绿色、高效，可以实现辅酶的高效再生。在光催化辅酶再生过程中，主要分为三个部分，光吸收、电子传递、界面反应。其中难以解决的问题是电子的传递与利用问题，光激发下产生的电子和空穴分离，电子会在催化剂表面活性位点完成NAD⁺的还原，但是由于电子空穴的快速复合使得电子无法传递到活性位点加以利用。设计异质结是提高光催化剂电荷分离的简便而有效的方法，通过结合两种不同的能带结构的半导体，光生电子空穴可以通过独立转移到能量更有利的位置，更准确的说，导带位置更负价带位置更正。多酚自组装在材料表面形成涂层构建异质结构，对多酚的量进行调控，进而调控光催化剂的结构。

在三聚氰胺上利用多酚的界面自组装作用在其表面完成P25涂层的构建，通过煅烧法获得g-C₃N₄@C-P25光催化剂。其中催化剂中的C基在g-C₃N₄和P25间发挥了重要的作用，有效的促进了电子传递，提升了辅酶再生性能。

发明内容

本发明的目的在于提供用于光催化辅酶再生的异质结催化剂及其制备方法。本发明制备原料廉价、易得，制备工艺简单易行。

为了实现上述目的，本发明提出的一种用于光催化辅酶再生的异质结催化剂，由三聚氰胺、二氧化钛(P25)、单宁酸(TA)三个组分组成，三者之间的质量比为100：10：(1～20)。

按照以下步骤制备所述的异质结催化剂：

步骤一、将三聚氰胺和二氧化钛颗粒按照质量比10:1的比例混合在容器中，然后加入去离子水得到的悬浮液，其中，混合物与去离子水的质量体积比为110mg ml^-1，将悬浮液进行超声分散；之后将分散好的悬浮液放置在磁力搅拌器上进行搅拌；

步骤二、在上述搅拌过程中，快速的将浓度为4～80mg ml^-1的单宁酸(TA，一种常见的多酚)水溶液加入至上述的悬浮液中，其中，单宁酸与三聚氰胺的质量比为(1～20)：100，当悬浮液的颜色由白色变为橙色，继续搅拌5～10min；然后离心水洗收集颗粒(本发明中将其命名为melamine@polyphenol-P25)，将收集到的颗粒用液氮处理后进行冻干，并研磨成粉末；

步骤三、将上述粉末置于坩埚中，用锡箔纸密封后，置于马弗炉中进行煅烧，所得产物即为异质结催化剂，本发明中，将其命名为g-C₃N₄@C-P25。

进一步讲，步骤一中，超声分散的过程是，将悬浮液置于超声频率为30～50kHz的超声波清洗机中超声处理20～30min；搅拌转速范围在700～900r/min，搅拌时间为1～3min。