[发明专利]一种将太阳能直接转换为化学能的光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及一种将太阳能直接转换为化学 能的高效光催化剂及其制备方法。

背景技术

人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。在化石燃料 日趋减少的情况下，开发利用可再生资源，已成为社会发展的重心，而太阳能作 为取之不尽用之不竭的可再生清洁能源，更成为其中的重中之重。因此，利用光 催化剂直接将太阳能转换为化学能已引起极大的关注。迄今为止，半导体-半导体、 半导体-金属和双金属异质结作为有潜力的光催化剂应运而生，在有机物光降解、 光解水制氢、CO₂的转换和有机物的合成等方面发挥了重要作用。而基于Pd纳米 结构的材料广泛地应用于包含铃木偶合、硝基苯的还原和苯甲醇的氧化在内的催 化反应，但是如何增强催化剂活性并减少贵金属的用量成为研究的关键所在。

对于光催化剂的设计而言，太阳光的有效利用一直是研究的热点之一。虽然 利用贵金属的局部表面等离子体共振效应来加强光转换效率的研究已在等离子光 催化剂、传感器和光热烧蚀应用中取得了一定成果，但是半导体-贵金属以其相对 便宜、光捕获效率更高的特点而倍受青睐。因此，研究发展具有近红外吸收、价 格低廉、高稳定性和卓越催化性能的半导体-贵金属异质结，成为高效太阳能光催 化反应的关键和迫切需求。而铜的硫化物纳米晶在近红外区具有极好的可调控的 等离子吸收，这使其成为制作这种光催化剂的优良选择。

发明内容

本发明为满足将太阳能直接转换为化学能的需求，特别设计一种在近红外区 有等离子吸收的高效光催化剂，该催化剂由Cu₇S₄M(M＝Pd，Au，Ag，Pt)异质 结组成，可以作为光催化有机合成反应中杰出的催化剂。

本发明首先采用热分解单一前驱体的方法，得到Cu₇S₄纳米晶，然后利用热注 射分解法引入贵金属，得到Cu₇S₄M(M＝Pd，Au，Ag，Pt)异质结，将其应用为 太阳能直接转换为化学能的光催化剂。

本发明所述的将太阳能直接转换为化学能的光催化剂的制备方法，其具体步 骤如下：

a.将30-40mg的N,N-二叔丁基二硫代甲酸和0.1-0.2mmol硝酸铜混溶于1-2mL 乙醇中，超声15-20min后蒸干并分散于1-2mL油胺中，得到Cu(S₂CNBut₂)前 驱体；

b.将20-30mg的N,N-二叔丁基二硫代甲酸和0.01-0.02mmol贵金属化合物，混 溶于1-2mL甲醇中，超声30-40min后蒸干并分散于1-2mL油胺中，得到贵金 属前驱体；

c.将4-5mL油胺、6-7mL十八烯和0.05-0.1mL的十二硫醇混合加热，在200-210℃ 时加入步骤a制得的Cu(S₂CNBut₂)前驱体，然后降温，在185-195℃保持 10-15min后继续冷却降温，在180-175℃时加入步骤b制得的贵金属前驱体， 在170-165℃保持10min后继续冷却降温；

d.冷却降温至60-50℃后，加入甲醇沉淀离心，正己烷洗涤，得到将太阳能直接 转换为化学能的光催化剂，将其分散于氯仿中。

所述的贵金属化合物为PdCl₂、HAuCl₄、AgNO₃、PtCl₄。

将上述制得的将太阳能直接转换为化学能的光催化剂应用于光催化铃木偶合 反应、硝基苯的还原反应和苯甲醇的氧化反应。