一种供体-受体型全有机材料的制备方法及光电分析与应用

本发明涉及光催化材料，具体为一种供体-受体型全有机材料的制备方法及光电分析与应用。

背景技术：

1、苯甲醛作为一种常见的有机化合物，具有广泛的应用领域和多种功效在医学领域，苯甲醛发挥抗菌、抗氧化、抗炎等作用，对预防和治疗多种疾病具有积极意义。在化妆品领域，苯甲醛的香气成分和护肤效果使其成为重要的化妆品原料。在农业领域，苯甲醛作为杀虫剂和抗真菌剂，对保护农作物具有重要作用。近期，利用光催化苯甲醇选择性氧化制备苯甲醛技术受到了研究人员的广泛关注，其中光催化苯甲醇选择性氧化制备苯甲醛技术是以光催化剂为核心，那么困扰光催化苯甲醇选择性氧化制备苯甲醛技术的问题是现有的光催化剂的选择性与转化率不高。光催化技术不仅可以实现苯甲醇选择性氧化制备苯甲醛，还可以利用太阳能直接将水进行分解产生氢气。尽管光催化水分解前景广阔，但其距离大规模实际应用还很遥远。因为较低的光生载流子分离效率和较高的光生载流子复合率，导致光催化产氢转换效率低。因此改性光催化剂对于实现高效苯甲醇选择性氧化制备苯甲醛和提升光催化产氢效率尤为重要。

2、供体-受体(d-a)分子结构的构建在改性光催化剂领域备受关注。供体-受体(d-a)分子结构的构建是加速共轭聚合物中激子解离和迁移的有效方法，构建具有不同电子亲和性的d-a型分子结构是光催化剂改性领域的新方向。共轭聚合物中选择不同种缺电子和富电子单元可以诱导形成d-a结构，这不仅可以调整分子内的轨道能级和分子间的相互作用，还可以扩展π共轭体系，进而影响共轭聚合物中的电荷转移、促进光生载流子的分离，并且加速光生电子的迁移，实现高效苯甲醇选择性氧化制备苯甲醛。同时d-a型分子结构还能有效稳定光生电子离域，提高载流子寿命，促进光催化产氢反应。

技术实现思路

1、本发明提供了一种供体-受体型全有机材料的制备方法，该方法首先通过低温水热的方法得到形貌规整的棒状中间体，再通过马弗炉煅烧得到具有空心管状结构的d-a型全有机材料。所构建的d-a型全有机聚合材料形成了定向电子转移途径，可以有效减小光生载流子在平面内的复合。提升了目前光催化剂所面临的光生载流子在平面内的复合高、暴露的活性位点少、效率低等问题。

2、本发明提供如下技术方案：一种供体-受体型全有机材料的制备方法，包括以下制备步骤：

3、(1)将三聚氰胺和烟酸置于去离子水中常温磁力搅拌分散，得到混合分散液；

4、(2)将所得的混合液转移至水热反应釜中进行反应；将所得的反应产物静置后离心分离、洗涤、干燥即可得棒状中间体；

5、(3)向坩埚里面加入一定量的棒状中间体，再放入马弗炉中，然后以一定的升温速度加热到一定温度，再保持一定时间，即可获得d-a型全有机材料。

6、进一步的，其特征在于，步骤(1)所述三聚氰胺质量为0.5～2g，烟酸质量为50～150mg，去离子水的用量为30～50ml。

7、进一步的，其特征在于，步骤(1)所述搅拌时间为30～60min。

8、进一步的，其特征在于，步骤(2)所述反应温度为120～200℃、时间为8～16h。

9、进一步的，其特征在于，步骤(3)所述中间体质量为0.5～2g，升温速度为1～4℃/min，煅烧温度为450～550℃，保持时间为2～5h。

10、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

11、(1)本发明以三聚氰胺和烟酸(na)为前驱体原材料，制备过程采用超分子自组装策略，其中水热环节中三聚氰胺、na的末端基团在氢键作用下形成棒状聚合中间体。随后将上述棒状中间体置于坩埚内，放入马弗炉中进行高温煅烧得到所制备材料。最终材料为以吡啶单元为电子受体、聚合氮化碳骨架结构为电子供体的供体-受体型(d-a型)全有机材料(nax-cn)。

12、(2)从分子结构设计为出发点构建了以烟酸的吡啶单元作为电子受体的d-a型全有机材料。实现了电子从供体端到受体端的定向转移路径，有效提高了光生电子传输距离。d-a型全有机材料产生的推拉效应进而提高了光生载流子分离/转移效率，并抑制光生电子-空穴对的复合，极大程度上改善了光催化剂所面临的电子传输能力差、光生电子-空穴易复合等缺点。

13、(3)利用超分子自组装策略对光催化剂进行形貌调控，合成了空心管状的光催化剂，提高了光催化剂的比表面积，进而增加了光催化反应的活性位点。

14、(4)实现了高效光催化苯甲醇选择性氧化制苯甲醛，同时协同提升了光催化产氢性能。此外整个制备过程对设备无特殊要求，具有极高的产量，操作简单，易于控制，重复性好，绿色环保，有利于工业化的大规模生产。

技术特征：

1.一种供体-受体型全有机材料的制备方法，其特征在于，所述供体-受体型全有机材料通过超分子自组装策略合成了d-a型全有机材料，有效提高了电子传输距离，进一步改善光生电子和空穴的复合情况，提高了光催化产氢效率。

2.一种供体-受体型全有机材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：

3.根据权利要求2所述的一种供体-受体型全有机材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述三聚氰胺质量为0.5～2g，烟酸质量为50～150mg，去离子水的用量为30～50ml。

4.根据权利要求2所述的一种供体-受体型全有机材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述搅拌时间为30～60min。

5.根据权利要求2所述的一种供体-受体型全有机材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述反应温度为120～200℃、时间为8～16h。

6.根据权利要求2所述的一种供体-受体型全有机材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述中间体质量为0.5～2g，升温速度为1～4℃/min，煅烧温度为450～550℃，保持时间为2～5h。

7.权利要求1～6中任意一项所述的制备方法制得的光催化材料在光催化产氢的应用。

技术总结本发明公开了一种供体‑受体型全有机材料的制备方法及光电分析与应用，涉及光催化材料技术领域。本发明以三聚氰胺和烟酸为前驱体原材料，制备过程采用超分子自组装策略，其中水热环节中三聚氰胺、烟酸的末端基团在氢键作用下形成棒状聚合中间体，随后进行高温煅烧得到所制备材料，最终材料为以吡啶单元为电子受体、聚合氮化碳骨架结构为电子供体的供体‑受体型全有机材料，从而有效提高光生电子传输距离和光生载流子分离/转移效率，并有利于工业化的大规模生产。技术研发人员：莫曌,罗雯静,潘路野,唐伯成,马如雅,严鹏程,许晖受保护的技术使用者：江苏大学技术研发日：技术公布日：2024/9/29