[发明专利]一种卟啉基多孔有机聚合物/硫化铟锌直接Z-scheme光催化剂、制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种卟啉基多孔有机聚合物/硫化铟锌直接Z‑scheme光催化剂、制备方法与应用，该方法利用水热法，在硫化铟锌纳米花表面原位负载卟啉基多孔有机聚合物纳米颗粒，构建直接Z‑scheme光催化剂，实现了硫化铟锌的光生空穴与卟啉基多孔有机聚合物的光生电子复合，硫化铟锌上剩余的光生电子能充分分解水产氢，卟啉基多孔有机聚合物上剩余的光生空穴能充分进行氧化反应，实现整个光催化反应中两个方向的反应同步进行，从而提高了光催化效率，实现高效的光催化水分解产氢。

技术领域

本发明涉及一种光催化产氢催化剂，特别是涉及一种纳米花状卟啉基多孔有机聚合物/硫化铟锌直接Z-scheme光催化剂、制备方法与应用，属于光催化材料技术领域。

背景技术

日益严重的全球能源危机和环境污染，使得绿色能源的转化尤其是太阳能转化为氢能受到更加广泛的关注，利用光催化技术实现水分解产氢成为一种利用太阳能，从而实现能量转化和存储以及遏制环境污染的有效策略。如何提高光催化剂的效率一直是光催化研究领域的热点问题。在光催化技术研究过程中，光生载流子的分离是光催化过程最为重要的一个步骤，电荷分离效率直接影响光催化剂的最终效率，因此有效的设计具有不同结构的光催化剂是实现载流子高效分离的重要手段。

研究人员已构建了Ⅰ型，Ⅱ型，p-n型以及Z-scheme等异质结类型，近年来,直接Z-scheme异质结构，作为一种模拟自然光合作用过程的结构，已成为制备高效光催化剂最有效的策略之一。制备Z-scheme异质结构的前提是能带结构匹配，其中一个半导体的导带应尽量靠近另一种半导体的价带。Z-scheme异质结构继承了两种半导体较高的氧化还原能力，即一个半导体中低氧化电势的光生空穴与另一个半导体中低还原电势的光生电子复合，有效地增强了电子-空穴对的分离，保持了两个半导体各自高的氧化电势和还原电势，从而提高了光催化剂的氧化还原能力参加表面氧化还原反应。

共价有机聚合物(COP)是一种新型的多维功能材料，在人工光合系统中得到了广泛的研究。它们有许多固有的优点，如强的可见光吸收，可调谐的能带和化学结构，以及独特的电子性质。虽然人们已经为推动COP光催化的发展做出了很大的努力，但能带在0以上，无法光催化分解水产氢。

如何合理设计COP与无机半导体之间形成的Z-scheme异质结构，以充分利用共价有机聚合物向无机半导体转移电子，用于消耗半导体价带上的光生空穴，从而提高其光催化产氢活性，仍然是一个很大的挑战。

硫化铟锌的禁带宽度是2.6eV，它的导带和价带位置分别是-0.60V(vs.NHE)和1.93V(vs.NHE)，材料具有较强的还原电势用于光催化分解水产氢，但是其氧化能力不足，从而导致其具有不同的光生电子和空穴的消耗速率，会显著抑制光生电子的浓度，进而降低了光催化产氢的效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种纳米花状卟啉基多孔有机聚合物/硫化铟锌直接Z-scheme光催化剂、制备方法与应用。

本发明的技术方案如下：

一种纳米花状卟啉基多孔有机聚合物/硫化铟锌直接Z-scheme光催化剂，该直接Z-scheme光催化剂为硫化铟锌纳米花上原位负载卟啉基多孔有机聚合物纳米颗粒，两者的能带匹配形成直接Z-scheme异质结催化剂。

根据本发明优选的，硫化铟锌纳米片的厚度为20-40nm，长度为700-1000nm，卟啉基多孔有机聚合物纳米颗粒的直径为40-60nm。

根据本发明优选的，卟啉基多孔有机聚合物纳米颗粒的负载量为1wt％-6wt％。

本发明另一个目的是提供一种纳米花状卟啉基多孔有机聚合物/硫化铟锌直接Z-scheme光催化剂的制备方法。

一种纳米花状卟啉基多孔有机聚合物/硫化铟锌直接Z-scheme光催化剂的制备方法，包括步骤如下：