[发明专利]一种D-A型共轭聚合物及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种D‑A型共轭聚合物及其制备方法和应用，所述聚合物由二苯并噻吩砜作为电子供体，与不同电子受体单元通过交叉偶联策略构筑得到，所述聚合物具有高化学稳定性和热稳定性，在可见光区展现了强的吸收，可以高效利用太阳光，可在不添加任何助催化剂的情况下，仍具有优良的光催化水分解制氢性能。

技术领域

本发明涉及共轭聚合物材料技术领域，更具体地，涉及一种D-A型共轭聚合物及其制备方法和应用。

背景技术

全球经济迅猛发展，人类消耗能源的速度不断加快，但石油、煤矿等不可再生的矿产资源储量逐年减少，在不久的将来能源问题必将严重影响社会的发展和进步，同时矿石燃料的过度使用也带来了极端天气频发、生物灭绝速度加快等严重的环境问题。因此，研发一种绿色可持续能源具有十分重要的战略意义。利用太阳光照射在催化剂上引起光子的跃迁，在一定的条件下分解水产生氢气，可实现太阳能到化学能的转变，且氢气也是一种清洁无污染的二次能源，有着广阔的应用前景。与生物制氢、矿物资源的重整等传统制氢手段相比，光催化分解水制氢更加符合绿色环保的要求，被誉为最为理想的产氢技术。

目前用于制氢的光催化剂主要是含金属的无机半导体，但其存在可见光活性低，金属资源有限等缺点。从可持续发展来看，纯有机半导体光催化剂在光催化分解水制氢领域中占据重要地位。D-A型共轭聚合物作为一种新型的有机半导体光催化剂，由于其原料来源丰富、合成方法简单以及结构易于调控等独特的优势，引起了研究者们极大的关注。如Zijian W等人在氮气气氛下合成出了一种含二苯并噻吩二氧化物的CMP(共轭微孔聚合物)光催化剂(Zijian W,Xiye Y,Tongjia Y, et al.Dibenzothiophene Dioxide-BasedConjugated Microporous Polymers for Visible-Light-Driven Hydrogen Production[J].Acs Catalysis,2018)。然而，Zijian W 等人开发的聚合物光催化剂在没有Pt作为助催化剂条件下，析氢速率仅为 2460μmol h^-1g^-1，无法与含金属的无机半导体媲美。

发明内容

本发明的首要目的是克服现有技术所述聚合物用于光催化产氢时析氢速率低的问题，提供一种D-A型共轭聚合物，所述聚合物用于光催化分解水制氢时析氢速率高，化学稳定性和热稳定性好，且在可见光区展现了强的吸收。

本发明的进一步目的是提供所述D-A型共轭聚合物的制备方法。

本发明的另一目的是提供一种包含所述D-A型共轭聚合物的光催化剂及其应用。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种D-A型共轭聚合物，所述聚合物化学结构式如下：

其中，聚合度n＝50～250，单元设计为以下结构式中的任意一种；

本发明所述D-A型共轭聚合物具有多孔性，增加了将其用作光催化剂时催化反应的活性位点，同时砜基官能团的存在提高了聚合物的亲水性，增大了催化剂与水分子的接触面积，促进界面发生反应，提高光催化产氢性能。通过调整聚合物的组成结构，改变了聚合物的光谱响应范围和光学带隙，提高了聚合物对太阳光的有效利用率，进而提高了所述聚合物用于光催化产氢的反应速率。

优选地，所述D-A型共轭聚合物的聚合度为180～250。

上述D-A型共轭聚合物的制备方法，包括以下步骤：

在惰性气氛下，向二苯并噻吩砜与单元的混合物中加入钯催化剂、无机碱和有机溶剂，加热反应，所得即为D-A型共轭聚合物。

优选地，所述有机溶剂选自氯苯、甲苯和N,N-二甲基甲酰胺中的一种或多种。