本發(fā)明涉及光催化的，特別是涉及一種噻吩修飾鐵卟啉聚合物及其制備方法與光催化應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，隨著社會(huì)生活水平的提高和工業(yè)化進(jìn)程的加快，全球能源消耗持續(xù)增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2050年將達(dá)到27太瓦。并且，過(guò)度依賴不可再生的化石燃料來(lái)滿足日益增長(zhǎng)的能源需求，不僅會(huì)使有限資源不斷減少，還會(huì)導(dǎo)致大氣中的二氧化碳(co2)含量急劇增加。從1750年到2023年，大氣中的二氧化碳濃度從280ppm迅速上升到422ppm，是導(dǎo)致全球變暖的主要因素。能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)開始影響人們的生活。所以，尋找代替化石能源的新型綠色能源已成為當(dāng)前科學(xué)研究的熱點(diǎn)課題之一。自然界中，植物利用光能將二氧化碳轉(zhuǎn)化為葡萄糖；受此啟發(fā)，我們可以利用太陽(yáng)能將二氧化碳還原(co2rr)成一些有用的原料(如一氧化碳、甲烷、甲醇、甲酸等)，這一想法能夠?qū)崿F(xiàn)“碳中和”這一概念。這不僅可以利用并轉(zhuǎn)換大氣中的co2，還可以將取之不盡、用之不竭的間歇性太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為可儲(chǔ)存的化學(xué)能，是解決環(huán)境污染和能源危機(jī)的有前景的新方法。

2、而目前傳統(tǒng)的co2rr催化劑仍存在產(chǎn)物分離困難，催化性能不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，限制了光催化二氧化碳還原的發(fā)展。所以，開發(fā)一種產(chǎn)物選擇性高且穩(wěn)定的co2rr光催化劑具有重要的現(xiàn)實(shí)和理論意義。

3、當(dāng)前，有機(jī)分子催化劑具有高效的催化性能和選擇性，但是其穩(wěn)定性較弱并且難以回收。所以，將分子催化劑與固體載體相結(jié)合是一種簡(jiǎn)單有效的策略，既可以保留分子催化劑的高選擇性和活性，又可以發(fā)揮固體載體的穩(wěn)定性和可回收性。

4、目前還未有相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)報(bào)道噻吩修飾鐵卟啉聚合物及其制備方法與光催化應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N噻吩修飾鐵卟啉聚合物，通過(guò)原位化學(xué)聚合法將聚噻吩卟啉負(fù)載到介孔石墨相氮化碳的表面上，解決了目前分子催化劑不穩(wěn)定的問(wèn)題；噻吩修飾鐵卟啉聚合物作為光催化劑，在可見光(λ＝420nm)激發(fā)下，可將二氧化碳催化還原為一氧化碳，能夠?qū)崿F(xiàn)120小時(shí)超長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定催化，并且產(chǎn)物一氧化碳的選擇性高達(dá)98％，解決了產(chǎn)物分離困難的問(wèn)題。

2、本申請(qǐng)解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

3、本申請(qǐng)的第一目的，提供一種噻吩修飾鐵卟啉聚合物，包括以下原料：

4、鐵噻吩基卟啉、介孔石墨相氮化碳、助劑，所述鐵噻吩基卟啉、介孔石墨相氮化碳、助劑的重量比為(1-1.2)：100：(3-4)。

5、在一些實(shí)施方式中，所述助劑為無(wú)水氯化鐵。

6、在一些實(shí)施方式中，所述鐵噻吩基卟啉的制備過(guò)程為：將2-噻吩甲醛、吡咯加入混合溶液中，進(jìn)行反應(yīng)；反應(yīng)結(jié)束后，得到噻吩基卟啉；將噻吩基卟啉和鐵源進(jìn)行反應(yīng)，得到鐵噻吩基卟啉。

7、在一些實(shí)施方式中，所述2-噻吩甲醛和吡咯的摩爾比為1∶1。

8、在一些實(shí)施方式中，所述2-噻吩甲醛、吡咯加入混合溶液中，在回流下進(jìn)行反應(yīng)50-60min；混合溶液包括乙酸、丙酸、硝基苯。

9、在一些實(shí)施方式中，將噻吩基卟啉和鐵源進(jìn)行回流反應(yīng)4-5h，所述鐵源為氯化亞鐵。

10、在一些實(shí)施方式中，所述介孔石墨相氮化碳的制備過(guò)程：將氰胺和含有二氧化硅的水溶液進(jìn)行混合，升溫至550-560℃并在550-560℃保溫4-5h，進(jìn)行分散、過(guò)濾和洗滌，得到介孔石墨相氮化碳。

11、在一些實(shí)施方式中，所述氰胺和二氧化硅的質(zhì)量比為1：1。

12、本申請(qǐng)的第二目的，提供一種噻吩修飾鐵卟啉聚合物的制備方法，包括以下步驟：

13、s1.鐵噻吩基卟啉的制備

14、將2-噻吩甲醛、吡咯加入混合溶液中，進(jìn)行反應(yīng)；反應(yīng)結(jié)束后，得到噻吩基卟啉；將噻吩基卟啉和鐵源進(jìn)行反應(yīng)，得到鐵噻吩基卟啉；

15、s2.介孔石墨相氮化碳的制備

16、將氰胺和含有二氧化硅的水溶液進(jìn)行混合，升溫至550-560℃并在550-560℃保溫4-5h，進(jìn)行分散、過(guò)濾和洗滌，得到介孔石墨相氮化碳；

17、s3.噻吩修飾鐵卟啉聚合物

18、將介孔石墨相氮化碳進(jìn)行分散，加入鐵噻吩基卟啉、助劑，在40-50℃下反應(yīng)24-30h，得到噻吩修飾鐵卟啉聚合物。

19、本申請(qǐng)的第三目的，提供一種噻吩修飾鐵卟啉聚合物的光催化應(yīng)用，將上述所述的噻吩修飾鐵卟啉聚合物，作為光催化劑，在可見光照射下將二氧化碳催化還原為一氧化碳。

20、本發(fā)明的有益效果是：

21、1.本申請(qǐng)?zhí)峁┑泥绶孕揎楄F卟啉聚合物，通過(guò)原位化學(xué)聚合法將聚噻吩卟啉負(fù)載到介孔石墨相氮化碳的表面上，解決了目前分子催化劑不穩(wěn)定的問(wèn)題；

22、2.本申請(qǐng)?zhí)峁┑泥绶孕揎楄F卟啉聚合物，將介孔石墨相氮化碳作為載體，其受可見光激發(fā)后可將光生電子傳遞到噻吩卟啉的金屬催化位點(diǎn)上，避免了電子-空穴的大量復(fù)合，提高了催化活性。

23、3.本申請(qǐng)?zhí)峁┑泥绶孕揎楄F卟啉聚合物，作為光催化劑，在可見光(λ＝420nm)激發(fā)下，可將二氧化碳催化還原為一氧化碳，能夠?qū)崿F(xiàn)120小時(shí)超長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定催化，并且產(chǎn)物一氧化碳的選擇性高達(dá)98％，解決了產(chǎn)物分離困難的問(wèn)題。

24、4.本申請(qǐng)?zhí)峁┑泥绶孕揎楄F卟啉聚合物，作為催化劑時(shí)，在可見光區(qū)有很好的吸收，解決了傳統(tǒng)無(wú)機(jī)半導(dǎo)體需要利用紫外光催化的問(wèn)題，大大的提高了光的利用率。

技術(shù)特征：

1.一種噻吩修飾鐵卟啉聚合物，其特征在于，包括以下原料：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種噻吩修飾鐵卟啉聚合物，其特征在于，所述助劑為無(wú)水氯化鐵。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種噻吩修飾鐵卟啉聚合物，其特征在于，所述鐵噻吩基卟啉的制備過(guò)程為：將2-噻吩甲醛、吡咯加入混合溶液中，進(jìn)行反應(yīng)；反應(yīng)結(jié)束后，得到噻吩基卟啉；將噻吩基卟啉和鐵源進(jìn)行反應(yīng)，得到鐵噻吩基卟啉。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種噻吩修飾鐵卟啉聚合物，其特征在于，所述2-噻吩甲醛和吡咯的摩爾比為1：1。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種噻吩修飾鐵卟啉聚合物，其特征在于，所述2-噻吩甲醛、吡咯加入混合溶液中，在回流下進(jìn)行反應(yīng)50-60min；混合溶液包括乙酸、丙酸、硝基苯。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種噻吩修飾鐵卟啉聚合物，其特征在于，將噻吩基卟啉和鐵源進(jìn)行回流反應(yīng)4-5h，所述鐵源為氯化亞鐵。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種噻吩修飾鐵卟啉聚合物，其特征在于，所述介孔石墨相氮化碳的制備過(guò)程：將氰胺和含有二氧化硅的水溶液進(jìn)行混合，升溫至550-560℃并在550-560℃保溫4-5h，進(jìn)行分散、過(guò)濾和洗滌，得到介孔石墨相氮化碳。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種噻吩修飾鐵卟啉聚合物，其特征在于，所述氰胺和二氧化硅的質(zhì)量比為1：1。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的一種噻吩修飾鐵卟啉聚合物的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

10.一種噻吩修飾鐵卟啉聚合物的光催化應(yīng)用，其特征在于，將權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的噻吩修飾鐵卟啉聚合物或者是權(quán)利要求9所述的制備方法制備得到的噻吩修飾鐵卟啉聚合物，作為光催化劑，在可見光照射下將二氧化碳催化還原為一氧化碳。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及光催化的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種噻吩修飾鐵卟啉聚合物及其制備方法與光催化應(yīng)用。本申請(qǐng)公開了一種噻吩修飾鐵卟啉聚合物，包括以下原料：鐵噻吩基卟啉、介孔石墨相氮化碳、助劑，所述鐵噻吩基卟啉、介孔石墨相氮化碳、助劑的重量比為(1?1.2)∶100∶(3?4)。本申請(qǐng)所述的一種噻吩修飾鐵卟啉聚合物，通過(guò)原位化學(xué)聚合法將聚噻吩卟啉負(fù)載到介孔石墨相氮化碳的表面上，解決了目前分子催化劑不穩(wěn)定的問(wèn)題；噻吩修飾鐵卟啉聚合物作為光催化劑，在可見光(λ＝420nm)激發(fā)下，可將二氧化碳催化還原為一氧化碳，能夠?qū)崿F(xiàn)120小時(shí)超長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定催化，并且產(chǎn)物一氧化碳的選擇性高達(dá)98％，解決了產(chǎn)物分離困難的問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：饒衡,許強(qiáng),韓靜瑋,佘萍,秦俊生
受保護(hù)的技術(shù)使用者：吉林大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9