[发明专利]一种多孔光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种多孔光催化剂及其制备方法和应用，属于光催化材料领域。本发明提供的多孔光催化剂，包括光催化单体和氢键受体功能分子。本发明通过利用光催化单体与氢键受体功能分子之间的主、客体的识别和组装，形成的多孔光催化剂具有超高的化学稳定性和催化活性，在光催化领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于光催化材料领域，具体涉及一种多孔光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

光催化是一种环境友好型的绿色处理技术，其利用自然界中丰富的光资源，产生具有强氧化功能的活性物质。光催化技术不仅适用于各种氧化催化反应，同时能够将水体、空气中的危害性有机污染物进行降解、矿化，彻底解决污染物引起的环境危害问题。因此，开发具备高效催化活性的光催化剂受到广泛关注。

其中，光催化性能与催化剂的大小密切相关，纳米级的催化剂结构具有优异的催化效率。然而，微小尺寸的催化剂带来较高的表面活性，在反复的反应过程中容易产生催化剂的团聚导致催化剂的淬灭、失活，严重限制光催化剂的应用。多孔催化剂结构不仅可以有效阻止催化剂之间的聚集，其多维、多尺度的孔道适合活性物质的快速传递，促使化学反应的有效碰撞，是提高催化转化次数和转化频率的可选途径。

虽然通过各种物理或化学技术在多孔孔道中成功掺杂光催化基元，成功设计、合成了多孔复合光催化剂，但实验结果表明上述复合材料的性能并没有得到明显改善，远远达不到理想的催化效果。比如，将光敏催化剂负载在多孔表面会提高催化剂的表面能，在反应过程中容易引起催化剂的失活。另一方面，将催化剂掺杂在孔道骨架不仅无法保障孔道的尺寸和形状，而且使用过程中容易引起孔道的堵塞问题。如果通过额外的较强外场破坏催化剂之间的相互作用，在孔表面形成一维、二维或分子态的光催化剂是有希望实现的。

基于有机分子的氢键作用构筑的超分子有机多孔框架(SOFs)是新型多孔有序晶体，重量轻、毒性小，而且能更定量地吸附挥发性气体和芳香性有机污染物颗粒。相对于其他多孔晶体，SOFs结构可以利用相应的氢键主体和客体的结构及外部环境进行调控，进而通过分子识别和组装的过程选择性地制备多孔材料。因此，如何进一步制备高催化活性和高稳定性的多孔SOFs光催化剂，是目前研究需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的问题，提供一种多孔光催化剂及其制备方法和应用。

本发明是通过下述技术方案进行实现的：

本发明提供了一种多孔光催化剂，包括光催化单体和氢键受体功能分子；所述光催化单体的分子结构如式(1)所示，所述氢键受体功能分子的分子结构如式(2)所示；

本发明提供的多孔光催化剂，由光催化单体和氢键受体功能分子共组装构成；光催化单体为一端键连光催化基元的苯三酰胺衍生物，其余两端酰胺连接吡啶，可以形成氢键驱动的超分子自组装结构。氢键受体功能分子为C3对称的苯三酰胺衍生物，所有酰胺全部键连吡啶，吡啶作为氢键受体可以与单体键连光催化基元的酰胺发生氢键识别，阻止光催化基元团聚淬灭。利用光催化单体与氢键受体功能分子之间的主、客体识别和组装，形成的多孔结构不仅有益于阻止光催化单体之间的团聚，并且有利于光活性物质的快速传递，提高光催化效率。实验结果表明，所构筑的多孔光催化剂具有超高的化学稳定性和催化活性，在光催化领域具有广阔的应用前景。

作为本发明所述多孔光催化剂的优选实施方式，所述光催化单体和氢键受体功能分子的摩尔比为1：(1～5)。

优选地，所述光催化单体和氢键受体功能分子的摩尔比为1：1和1：5。

本发明的另一目的在于，提供一种所述多孔光催化剂的制备方法，包括如下步骤：