[发明专利]PANI/NENP-1复合催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种PANI/NENP‑1复合催化剂及其制备方法和应用，所述PANI/NENP‑1复合催化剂以PANI为载体，通过溶剂热法在PANI表面负载NENP‑1，使其形成匹配的异质结，从而得到高催化活性的复合材料。该复合催化剂制备简单，成本低，在污染物降解和光催化水制氢方面有很大的应用潜力。

技术领域

本发明属于光催化剂技术领域，具体涉及一种以导电高分子PANI为载体，负载富含氮原子的COFs(即NENP-1)形成的PANI/NENP-1复合催化剂，及其制备方法和在光催化降解废水污染物和光催化裂解水制氢中的应用。

背景技术

半导体光催化技术被认为是解决能源匮乏和环境污染等问题的重要方式，其中，导电聚合物因其特殊的掺杂和去掺杂特性，使其具备了半导体的特性，作为较早研究的导电聚合物，聚苯胺(PANI)在光催化中也得到了关注与研究，但聚苯胺单体的催化效果一般。

共价有机框架(COFs)是有机单体通过共价键结合形成的晶体多孔材料，因其可调谐的孔隙率、可修饰的骨架和精确的原子结构而备受关注。COFs可以提供多种高速电荷载流子传输(电子、空穴和离子)途径，包括共轭骨架、堆积层间重叠的p电子云和开放的渠道与可变的化学环境，具备在光催化领域发展的潜能，但是目前的COFs材料的光催化性能并不显著。

三聚氯氰中存在三个易拆卸的氯基，容易与三聚氰胺发生亲核取代反应，三聚氰胺中唯一的对电子使它成为一种良好的亲核试剂，可以发生缩合反应产生三嗪框架。三嗪结构的有机共价框架材料(NENP-1)因其较高的比表面积，发达的孔结构，良好的热稳定性和较高的N/C比，使其在光催化方面具有应用潜力。

发明内容

有鉴于此，本发明将聚苯胺和三嗪结构的有机共价框架材料复合，得到高比表面积、高活性的催化剂，有效解决了聚苯胺单体和COFs在光吸收能力和光生载流子分离效率方面的问题。

本发明的技术方案具体如下：

本发明提供了一种PANI/NENP-1复合催化剂，在该催化剂中PANI与NENP-1形成了匹配的异质结。

优选地，PANI与NENP-1的质量比为3～7∶1。

本发明还提供了制备上述PANI/NENP-1复合催化剂的方法，具体为：以二甲基亚砜和乙酸混合液为溶剂，加入聚苯胺单体、三聚氰胺和三聚氯氰，于微波反应器进行反应，将所得沉淀洗涤干燥即为复合催化剂。

优选地，所述聚苯胺单体的制备方法为：将苯胺与对苯二胺溶于盐酸溶液得到溶液A，将过硫酸铵溶于盐酸溶液得到溶液B，将溶液B加入到溶液A中，并于氮气环境下冰水浴反应8～10h，将产物洗涤干燥。

更加优选地，所述苯胺、对苯二胺和过硫酸铵的摩尔比为1∶0.05～0.01∶1；对苯二胺在反应过程中作为成核中心，可以在反应初始阶段快速成核，加快反应速率，利于纳米纤维的形成，控制对苯二胺加入量，能够改变聚苯胺纤维的形貌。

优选地，所述微波反应的反应温度为120～150℃且反应时间为0.5～4h。

优选地，所述三聚氰胺与三聚氯氰的摩尔比为1∶1，聚苯胺单体与三聚氰胺的质量比为6～25∶1。

优选地，所述沉淀洗涤用的洗涤液为四氢呋喃和乙醇；洗涤方法为：先用热的四氢呋喃洗涤多次，再用热的乙醇洗涤多次。

另外，本发明制备的PANI/NENP-1复合催化剂能用于降解染料废水和光催化裂解水制氢，且催化活性显著高于单体材料。

本发明的有益效果为：在聚苯胺纳米纤维管上负载NENP-1，形成匹配的异质结，显著提高了其光催化活性，且在废水处理和光催化制氢方面有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明制备的复合催化剂与PANI、NENP-1的形貌对比图；