[发明专利]基于PDINH与氧化钨的有机-无机复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于PDINH与氧化钨的有机‑无机复合材料及其制备方法和应用，将3,4,9,10–苝四甲酰二亚胺置于浓硫酸中，高分子自聚合反应得到PDINH，记为反应液A；氧化钨粉末分散于去离子水中，记为反应液B；将反应液B加入反应液A中，反应得基于PDINH与氧化钨结合的高分子有机‑无机复合材料。向含E.Coli废水中加入本发明的有机‑无机复合材料，暗反应吸附平衡后进行可见光照射，进行光催化杀菌。本发明将无机材料进行高分子自聚合并与氧化钨结合，形成PDINH与氧化钨结合的有机‑无机复合材料，在保证良好杀菌效果的同时，提高了光催化材料的可见光响应性能，加速了光生电子和空穴分离，大大降低了反应能耗。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种基于PDINH与氧化钨的有机-无机复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

以TiO₂等半导体氧化物为代表的光催化技术，可直接利用太阳能，在光照下分解水获得氢气和氧化还原降解污染物，既能转换能源又能治理污染，是一种极具前景的绿色技术。但单组分光催化剂的电子-空穴容易复合，一般通过耦合其他类型光催化剂构建复合材料，以提高光催化效率。复合材料由于具有较高的光生电子-空穴对分离效率，通常表现出更好的光催化活性。因此构建有机-无机杂化结构是获得复合光催化剂的有效方式之一，既能结合有机和无机半导体的优点，又能产生不同于单组分光催化剂的新特性。

与常见的有机材料(例如聚苯胺、聚噻吩和聚吡咯)不同，苝酰亚胺(PDI)是典型的有机半导体，具有独特的光学和电子特性。这种特殊性质使它们能够应用于有机场效应晶体管、有机太阳能电池、荧光开关、传感器、光动力疗法和发光二极管。此外自组装的PDI超分子系统能够通过分子间的C＝O…H-N键结合，从而提升材料在光诱导电子转移及光催化中的应用，目前已经制备了Zn-PDI，Ni-PDI和Ru-PDI等光催化剂。

此外PDI也可以用作有机成分构建有机-无机杂化体光催化剂，例如，快速简单的溶剂分散法可制作一种自组装的PDINH超分子体系光催化剂，用于苯酚的降解和光催化产氢。

发明内容

本发明提供了一种基于PDINH(酸性聚合的3,4,9,10–苝四甲酰二亚胺)与氧化钨结合的有机-无机复合材料的制备方法，采用浓硫酸进行PDI的自聚反应形成高分子有机聚合物PDINH，同时引入能带匹配的氧化钨材料，自聚形成的PDINH与氧化物进行良好的协同作用，提高电荷分离和转移行为，复合材料具有良好的抗菌性能。

一种有机-无机复合材料的制备方法，包括：

将3,4,9,10–苝四甲酰二亚胺置于浓硫酸中，进行高分子自聚合反应得到PDINH，记为反应液A；氧化钨粉末分散于去离子水中，记为反应液B；将反应液B加入反应液A中，反应得基于PDINH与氧化钨结合的高分子有机-无机复合材料。

本发明采用两步合成法：第一阶段3,4,9,10–苝四甲酰二亚胺(PDI)在浓硫酸中超声，自聚形成PDINH；第二阶段引入氧化钨聚合。PDI作为一种有机材料，不含有金属元素，与氧化钨结合后形成有机-无机复合材料，通过在酸性的条件下将PDI自聚合形成PDINH，并且与WO₃结合发挥更优异的协同作用。

本发明通过在酸环境下使PDI形成PDINH，再引入WO₃材料进行耦合，由于它们的导带价带位置匹配，可形成光催化材料中常见的n-n异质结，加速电子的转移，从而提升光催化反应的效率。相比较已知文献中采用的TiO₂基底材料，在可见光下TiO₂不能被激发，TiO₂的作用是载体和传输导带电子，产生的光生电子-空穴对数量有限，而本申请中氧化钨自身也能被可见光激发，且导带、价带位置和PDINH的导带、价带匹配。