[发明专利]一种催化剂及其制备方法、光电化学器件及其应用

说明书

本发明公开了一种催化剂及其制备方法、光电化学器件及其应用，属于化工材料技术领域。所述催化剂由单体A与单体B经耦合得到；单体A选自含卟啉类化合物或含金属卟啉类化合物(铁或钴或镍或钌或铜或锌或铱或铂)；单体B选自含氨基或醛基类化合物；含卟啉类化合物的化学结构式为式I，含金属卟啉类化合物的化学结构式为式II；Rsubgt;1/subgt;、Rsubgt;2/subgt;各自独立地选自氨基或醛基；单体A中Rsubgt;1/subgt;或Rsubgt;2/subgt;为氨基时，单体B至少含有醛基；单体A中Rsubgt;1/subgt;或Rsubgt;2/subgt;为醛基时，单体B至少含有氨基。本发明催化剂可在光/光电场下利用其可逆氧化还原基团特点实现光电化学能转化且转化效率高，也可避免使用牺牲剂与光敏剂，改善了电子‑空穴分离效率低与能源损耗等问题。

技术领域

本发明属于化工材料技术领域，尤其涉及一种催化剂及其制备方法、光电化学器件及其应用。

背景技术

通过太阳能可控的转化为化学能从而获得清洁，可再生能源的方法被各界认为是解决目前能源危机的最有效方法。为了避免化学能源的大量消耗和日益增长的能源问题，目前研究专注于通过解析、模仿自然界光合作用进而达到实现人工光合作用的目标。其中，人工光电化学系统能够将清洁的太阳能转化为化学能，具备高效、经济、便携和无污染的特点。通过光/光电催化水分解或二氧化碳还原，可实现直接进行太阳能到化学能的转换，最终实现光/光电化学能连续存储与转化。

大量研究致力于人工光电化学系统的发展，使其在阳光利用方面更加高效。通过光/光电催化水分解或CO₂还原，可以在光/光电化学系统中直接进行太阳能到化学能的转换过程。其中光/光电催化水分解生成O₂由于其复杂的四电子氧化过程是关键半反应，亟需提高该反应光电转化效率。而且，高效可控光/光电化学器件的构筑，也是目前亟需攻克的难点。

分子基催化剂是一类具有催化活性位点和优秀电荷转移的光/光电催化剂，其结构多样性(包括催化中心、配体和金属种类)和功能化的精确性使其在催化、化学传感器和光催化等方面有广泛应用。然而，在光/光电化学体系中，为实现能源存储与转化的不断循环，往往需要加入额外的牺牲试剂，这就造成了体系能量损耗问题。

发明内容

本发明提供了一种催化剂及其制备方法、光电化学器件及其应用，主要目的是解决光电催化中加入牺牲试剂而造成能量损耗大，光电化学能转化率低的技术问题。

一方面，本发明提供了一种催化剂，所述催化剂由电子供体单元与电子受体单元经耦合得到；

所述电子供体单元来自于含卟啉类化合物；

所述电子受体单元来自于含氨基或醛基类化合物；

其中，所述含卟啉类化合物的化学结构式为式I或式II所示：

其中，R₁、R₂各自独立地选自氨基或醛基；

式II中金属M至少选自铁、钴、镍、钌、铜、锌、铱、铂中的一种；

当所述电子供体单元的化学结构中R₁或R₂为氨基时，所述电子受体单元的化学结构中至少含有醛基；

当所述电子供体单元的化学结构中R₁或R₂为醛基时，所述电子受体单元的化学结构中至少含有氨基。

本发明选用含卟啉类化合物作为电子供体来源，是因为卟啉金属配合物中的金属原子或卟啉化学结构式中的N原子可直接或间接起到催化转化作用。

可选地，所述含氨基或醛基类化合物至少包括含氨基或含醛基的联吡啶类化合物或其金属配合物。