富勒烯复合材料在光催化生产富氢水的应用

专利2025-11-15  18


本发明属于光催化领域,具体涉及富勒烯复合材料在光催化生产富氢水的应用。


背景技术:

1、随着人们健康意识的提高,富氢水因其具有的抗氧化、抗炎、抗衰老和抗细胞凋亡等生理功效而受到广泛关注。富氢水,即含有较高浓度氢气的水,其制备技术成为研究的热点。目前,市场上主要采用三种富氢水制备方法:高压充气注氢、氢棒制氢和水电解制氢。

2、高压充气制氢通过向水中注入高压氢气即可制备得到富氢水,目前市场上的袋装或罐装富氢水即采用该种方式,其灌装时溶氢浓度较高,但是不易保存。氢棒制氢的原理是利用金属镁棒和水反应产生氢气制备富氢水,该方法产生的氢浓度主要取决于使用次数、容器是否密闭、反应时间等因素,氢棒上的镁粒子易被氧化,随着使用次数的增加,效果明显下降,且会向水中引入一定的镁离子。水电解制氢原理为水在电流的作用下,分解成氢离子和氧离子,在电场的作用下负氧离子向阳极运动,在阳极失去电子,形成氧气排出;氢以水合离子的形式通过离子膜,到达阴极并得到电子形成氢气即可生成富氢水。该方法是目前市售富氢水机、富氢水杯及富氢美容仪等产品最常用的制氢原理,其产氢量和电解水的电极、电解时间、电解槽结构形式、水质等因素有关,其关键技术在于电极,劣质电极易被氧化且可能造成水中的重金属污染增多。

3、现有的富氢水生产方法面临成本高、效率低、易产生金属污染物等挑战。因此,开发一种安全、高效、低成本的富氢水生产技术具有重要的实际意义和市场需求。


技术实现思路

1、为解决现有的富氢水生产成本高、易产生金属污染物,能耗高,效率低等问题。本发明的一方面,提供富勒烯(衍生物)半导体或者小分子光敏剂复合材料在富氢水生产中的应用。另一方面,提供一种结构新颖的富勒烯衍生碳量子点的复合材料及其制备方法。

2、本发明的一方面,提供一种富勒烯复合材料在光催化生产富氢水中的应用,其中,所述复合物包括富勒烯或其衍生物和光触媒材料。

3、本发明的一方面,提供一种富勒烯复合材料在光催化水产氢中的应用,其中,所述复合物包括富勒烯或其衍生物和光触媒材料。

4、在一实施方案中,所述富勒烯衍生物包括富勒烯氨基化衍生物、富勒烯羧基化衍生物、富勒烯羟基化衍生物中的一种或多种、乙二胺修饰的富勒烯衍生物、咪唑修饰的富勒烯衍生物中的一种或多种。

5、在一实施方案中,所述富勒烯衍生物为亲水富勒烯衍生物,帮助提高富勒烯在水中的分散性。

6、在一实施方案中,所述富勒烯衍生物为亲水性基团修饰的富勒烯或其衍生物。

7、在一实施方案中,所述亲水性基团选自羟基、羧基、氨基、乙二胺和咪唑中的一种或多种。

8、在一实施方案中,所述亲水性基团为正电性基团(例如氨基),帮助提供光生电荷的分离效率。

9、在一实施方案中,所述富勒烯为空心富勒烯、金属富勒烯、杂环富勒烯和内嵌富勒烯中的至少一种。

10、在一实施方案中,所述富勒烯为c2a、m@c2a、m2@c2a、ma@c2a、m3n@c2a、m2c2@c2a、m2s@c2a、m2o@c2a和mxa3-xn@c2a中的任一种或其混合物,其中,m和a均为金属元素,所述m和a均选自sc、y和镧系金属元素中的任意一种,30≤a≤60;0≤x≤3。

11、在一实施方案中,所述富勒烯选自空心富勒烯c2a中的任一种;其中30≤a≤60,优选为30、35、38、39、41或42;更优选为30或35。

12、在一实施方案中,所述富勒烯为金属富勒烯,帮助提高复合材料的电荷分离速率,促进光催化产氢的效率。

13、在一实施方案中,所述富勒烯选自金属富勒烯m2c2@c2b或金属富勒烯m’3n@c2b中的任一种;其中39≤b≤54,优选为40、41或42。

14、在一实施方案中,m为sc、la、y、dy中的至少一种;m’为sc、la、y、ho、lu、dy或er中的至少一种;m、m’优选为sc。

15、在一实施方案中,所述富勒烯氨基化衍生物具有如式(i)所示的结构:

16、

17、其中r为所述富勒烯的氨基修饰基团,r的一端通过含氮基团、苯基、巯基的一种或几种与所述富勒烯结合,r的另一端为任一含氮基团,所述含氮基团包括伯氨、仲胺、叔胺、季胺的任一种或几种;

18、优选地,r为-nr1-r’-nr2r3,其中r1,r2,r3可独立的或同时是氢,或取代或未取代的c1-c6烷基、c3-c6环烷基、含杂原子的c1-c6烷基、c3-c6杂环烷基、芳基、杂芳基,或r1和r2和/或r3一起形成环化的取代基,其中当r1和r2和/或r3一起形成环化的取代基时,r’不存在;优选地,r2、r3同时为氢;

19、r’是取代或未取代的c1-c6烷基、c3-c6环烷基、含杂原子的c1-c6烷基、c3-c6杂环烷基、芳基、杂芳基,或r1和r’一起形成环化的取代基;

20、其中m选自1-12的整数。

21、在一实施方案中,所述式(i)的富勒烯氨基化衍生物,其中所述富勒烯的氨基修饰基团r选自(2-氨基乙基)氨基、(3-氨基丙基)氨基、(4-氨基丁基)氨基、(5-氨基戊基)氨基、(2-氨基苯基)氨基、(3-氨基苯基)氨基、(4-氨基苯基)氨基、(甲氨基苯基)氨基、(4-氨基)哌啶基、哌嗪基、4-氨基苯基、(4-氨基甲基)苯基、(4-氨基苯基)巯基、(4-氨基环己基)巯基、4-哌啶基巯基、(1-氨基乙基)巯基、(1-氨基丙基)巯基、(1-氨基丁基)巯基、(1-氨基戊基)巯基中的一种或几种;

22、其中m选自1-12的整数,优选3、4、5、6、10。

23、在一实施方案中,所述富勒烯羧基化衍生物包括空心富勒烯羧基衍生物或金属富勒烯羧基衍生物,其中:所述空心富勒烯羧基衍生物包括,c2a(c(cooh)2)n1,其中,30≤a≤60,n1=1~10,优选1-4,进一步可以为1、2、3或4。

24、在一实施方案中,所述空心富勒烯羧基化衍生物包括c60(c(cooh)2)n1、c70(c(cooh)2)n1、c76(c(cooh)2)n1、c78(c(cooh)2)n1、c84(c(cooh)2)n1中的至少一种。

25、在一实施方案中,所述金属富勒烯羧基衍生物为m2c2@c2b(c(cooh)2)n1或m’3n@c2b(c(cooh)2)n1,其中39≤b≤54,n1=1~10,优选1~4,进一步可以为1、2、3或4。

26、在一实施方案中,所述富勒烯羧基化衍生物包括c60(c(cooh)2)2、c70(c(cooh)2)2、sc3n@c80(c(cooh)2)2中的至少一种。

27、在一实施方案中,所述富勒烯羟基化衍生物包括c2a(oh)n2,优选为c60(oh)n2或c70(oh)n2,其中,n2为1~10,优选6~10。

28、在一实施方案中,所述富勒烯氨基化衍生物包括c2a(nh2)n3,优选为c60(nh2)n3或c70(nh2)n3,n3为1~10,优选6~10。

29、使用n1、n2、n3是为了对各种物质下角标的选值有明确区分,但本文中当在不同位置涉及具体物质时,由于可以通过富勒烯种类、衍生物类型进行区分,下角标可以都用n表示。

30、在一实施方案中,所述羧基富勒烯和/或羟基富勒烯为文献“huo,j.;li,j.;liu,y.;yang,l.;cao,x.;zhao,c.;lu,y.;zhou,w.;li,s.;liu,j.;wang,c.;bai,c.,amphiphilic aminated derivatives of[60]fullerene as potent inhibitors oftumor growth and metastasis.advanced science 2022,2201541.)记载的富勒烯衍生物。

31、在一实施方案中,所述光触媒材料选自半导体材料和/或光敏剂衍生物。

32、在一实施方案中,所述半导体材料选自二氧化钛、钨酸铋、氧化铋、氧化钨、氧化钼、氧化锆、石墨相氮化碳、碳量子点、氧化锰、钒酸铋、氧化锌和氧化锡中的一种或多种。

33、在一实施方案中,所述半导体材料选自二氧化钛、钨酸铋、氮化碳、氧化锰、钒酸铋、氧化锌和氧化锡中的一种或多种。

34、在一实施方案中,所述光敏剂衍生物选自非金属卟啉衍生物、金属卟啉或其衍生物、金属钛菁或其衍生物、联吡啶钌、叶绿素、曙红、紫菜碱、玫瑰红、罗丹明b、亚甲基蓝中的一种或多种。

35、在一实施方案中,所述光敏剂衍生物选自四羧酸钛菁锌、四苯基锌卟啉、四苯基铜卟啉、四(4-羧基苯基)钴卟啉中的一种或多种。

36、在一实施方案中,所述复合材料为富勒烯或其衍生物与碳量子点形成的复合材料。

37、在一实施方案中,所述复合材料富勒烯与碳量子点通过静电相互作用或氢键相互作用结合。

38、其中当富勒烯衍生物带负电时,碳量子点表面带负电;

39、或者,当富勒烯衍生物带正电时,碳量子点表面带负电;

40、或者,当富勒烯衍生物带氢键供体时,碳量子点表面带氢键受体;

41、或者,当富勒烯衍生物带氢键受体时,碳量子点表面带氢键供体;

42、在一实施方案中,所述富勒烯衍生物为羧基富勒烯,所述碳量子点为表面带正电荷的量子点,其中所述富勒烯与所述量子点优选通过静电相互作用结合;

43、和/或,所述富勒烯衍生物为氨基富勒烯,所述碳量子点为表面带负电荷的量子点,其中所述富勒烯与所述量子点优选通过静电相互作用结合;

44、和/或,所述富勒烯衍生物为表面带有氢键供体的富勒烯,所述碳量子点为表面带有氢键受体的量子点,其中所述富勒烯与所述量子点优选通过给受体相互作用结合;

45、和/或,所述富勒烯衍生物为表面带有氢键受体的富勒烯,所述碳量子点为表面带有氢键供体的量子点,其中所述富勒烯与所述量子点优选通过给受体相互作用结合;

46、在一实施方案中,所述氢键供体为羟基,所述氢键受体为氟或三氟甲基。

47、在一实施方案中,所述复合材料为tcpc与碳量子点的复合材料。

48、在一实施方案中,所述复合材料的制备包括:将0.5-2mg/ml的tcpc和0.5-2mg/ml的碳量子点混合。

49、优选地,其中所述tcpc和碳量子点的浓度为1mg/ml。

50、进一步地,所述制备还包括:进行超声处理,所述进行超声处理的时间为2-12h,优选为6h。

51、进一步地,所述制备还包括:进行透析处理。

52、进一步地,所述制备还包括:冻干得到所述复合材料。

53、在一实施方案中,所述制备包括:将水溶性富勒烯tcpc配制为5ml浓度为1mg/ml的水溶液。将tcpc水溶液加入到10ml 1mg/ml pt2碳点溶液中,超声6h充分混合。之后用超纯水透析48h,冷冻干燥得到复合材料。

54、在一实施方案中,所述复合材料中,碳量子点与tcpc的质量比为1:(0.1-10),优选为1:(0.5-2),进一步可以为1:0.5、1:1、1:1.5或1:2。

55、在一实施方案中,所述复合材料为tapc与碳量子点的复合材料。

56、在一实施方案中,所述复合材料为thpc与碳量子点的复合材料。

57、在一实施方案中,所述复合材料为c60(c(cooh)2)2与碳量子点的复合材料。

58、在一实施方案中,所述复合材料为c70(c(cooh)2)2与碳量子点的复合材料。

59、在一实施方案中,所述复合材料为sc3n@c80(c(cooh)2)2与碳量子点的复合材料。

60、在一实施方案中,所述复合材料的制备包括:将0.5-2mg/ml的sc3n@c80(c(cooh)2)2和0.5-2mg/ml的碳量子点混合。

61、优选地,其中所述sc3n@c80(c(cooh)2)2和碳量子点的浓度为1mg/ml。

62、进一步地,所述制备还包括:进行超声处理,所述进行超声处理的时间为2-12h,优选为6h。

63、进一步地,所述制备还包括:进行透析处理。

64、进一步地,所述制备还包括:冻干得到所述复合材料。

65、在一实施方案中,所述制备包括:将水溶性富勒烯sc3n@c80(c(cooh)2)2配制为5ml浓度为1mg/ml的水溶液。将sc3n@c80(c(cooh)2)2水溶液加入到10ml 1mg/ml pt2碳点溶液中,超声6h充分混合。之后用超纯水透析48h,冷冻干燥得到复合材料。

66、在一实施方案中,所述复合材料为tcpc与碳量子点的复合材料、tapc与碳量子点的复合材料、thpc与碳量子点的复合材料、tcpc与tio2的复合材料、tapc与tio2的复合材料、thpc与tio2的复合材料、c60(c(cooh)2)2与碳量子点的复合材料、c70(c(cooh)2)2与碳量子点的复合材料、sc3n@c80(c(cooh)2)2与碳量子点的复合材料、c60与tio2的复合材料、c60(oh)n2与tio2的复合材料、sc3n@c80与tio2的复合材料、c60(eda)n3与tio2的复合材料、c70(eda)n3与tio2的复合材料、tapc与氧化锆的复合材料、c70(c(cooh)2)n1-znpc-tio2复合材料(c70(c(cooh)2)n-四羧酸钛菁锌-tio2)、c60(c(cooh)2)2与g-c3n4的复合材料、c60(c(cooh)2)2与bi2wo6的复合材料、c60与sno2的复合材料、c70与cutpp(四苯基铜卟啉)的复合材料、tapc与cotcpp(四(4-羧基苯基)钴卟啉)的复合材料、imc70与copc(钴酞菁)的复合材料、imc60(咪唑基修饰的c60)与zntpp(四苯基锌卟啉)的复合材料、sc3n@c80与zntpp(四苯基锌卟啉)的复合材料;

67、n1=1~10,优选1~4;n2为1~10,优选6~10;n3为1~10,优选6~10。

68、在一实施方案中,所述复合材料为亲水性富勒烯衍生物与碳量子点的复合材料。所述亲水性富勒烯衍生物选自富勒烯氨基化衍生物、富勒烯羧基化衍生物、富勒烯羟基化衍生物中的一种或多种。

69、在一实施方案中,所述亲水富勒烯衍生物选自富勒烯羧基化衍生物tcpc、c60(c(cooh)2)2、c70(c(cooh)2)2或sc3n@c80(c(cooh)2)2,富勒烯氨基化衍生物tapc或富勒烯羟基化衍生物thpc。

70、在一实施方案中,所述亲水性富勒烯衍生物与碳量子点的复合材料选自tcpc与碳量子点的复合材料、tapc与碳量子点的复合材料或thpc与碳量子点的复合材料、c60(c(cooh)2)2与碳量子点的复合材料、c70(c(cooh)2)2与碳量子点的复合材料和sc3n@c80(c(cooh)2)2与碳量子点的复合材料中的一种或多种。

71、在一实施方案中,所述复合材料为亲水性富勒烯衍生物与半导体的复合材料;优选地,所述复合材料为亲水性富勒烯与选自二氧化钛、氧化锆、氮化碳(例如石墨烯氮化碳)、钨酸铋中一种或多种的复合材料。

72、在一实施方案中,所述复合材料为亲水性富勒烯衍生物与二氧化钛的复合材料。

73、在一实施方案中,所述亲水性富勒烯衍生物与二氧化钛的复合材料选自tcpc与tio2的复合材料、tapc与tio2的复合材料、thpc与tio2的复合材料、c60(oh)n2与tio2的复合材料、c60(eda)n3与tio2的复合材料和c70(eda)n3与tio2的复合材料中的一种或多种。

74、在一实施方案中,所述复合材料为亲水性富勒烯衍生物与氧化锆的复合材料。

75、优选地,所述复合材料为tapc与氧化锆的复合材料。

76、在一实施方案中,所述复合材料为亲水性富勒烯衍生物与氮化碳的复合材料;优选地,所述复合材料为c60(c(cooh)2)2与g-c3n4的复合材料。

77、在一实施方案中,所述复合材料为亲水性富勒烯衍生物与钨酸铋(bi2wo6)的复合材料;优选地,所述复合材料为c60(c(cooh)2)2与bi2wo6的复合材料。

78、在一实施方案中,所述复合材料为亲水性富勒烯衍生物与光敏剂衍生物的复合材料;

79、优选地,所述光敏剂衍生物选自四(4-羧基苯基)钴卟啉、钴酞菁、四苯基锌卟啉、四苯基锌卟啉中的一种或多种;

80、优选地,所述复合材料为tapc与cotcpp(四(4-羧基苯基)钴卟啉)的复合材料、imc70(咪唑基修饰的c70)与copc(钴酞菁)的复合材料。

81、在一实施方案中,所述复合材料为亲水性富勒烯衍生物、光敏剂衍生物、二氧化钛的三元复合材料;

82、优选地,所述光敏剂衍生物选自四(4-羧基苯基)钴卟啉、钴酞菁、四苯基锌卟啉、四苯基锌卟啉中的一种或多种;

83、优选地,所述复合材料为c70(c(cooh)2)n1-znpc-tio2复合材料(c70(c(cooh)2)n-四羧酸钛菁锌-tio2)。

84、在一实施方案中,所述复合材料为咪唑修饰的富勒烯与光敏剂衍生物的复合材料;

85、优选地,所述咪唑修饰的富勒烯为咪唑修饰的空心富勒烯;

86、优选地,所述咪唑修饰的富勒烯为咪唑修饰的富勒烯c60或咪唑修饰的富勒烯c70;

87、优选地,所述复合材料为imc60(咪唑基修饰的c60)与zntpp(四苯基锌卟啉)的复合材料或imc70与copc(钴酞菁)的复合材料。

88、优选地,所述光敏剂衍生物为四苯基锌卟啉或二氢卟吩e6;

89、优选地,所述复合材料为sc3n@c80与zntpp(四苯基锌卟啉)的复合材料。

90、在一实施方案中,所述复合材料为c60与tio2的复合材料。在一实施方案中,所述复合材料为c60(oh)n2与tio2的复合材料。

91、在一实施方案中,所述复合材料为sc3n@c80与tio2的复合材料。

92、在一实施方案中,所述复合材料为c70(c(cooh)2)n1-znpc(酞菁锌)-tio2复合材料。

93、在一实施方案中,所述复合材料为c60(c(cooh)2)2与g-c3n4的复合材料。

94、在一实施方案中,所述复合材料为c60(c(cooh)2)2与bi2wo6的复合材料。

95、在一实施方案中,所述复合材料为c60与sno2的复合材料。

96、在一实施方案中,所述复合材料为c70与cutpp的复合材料。

97、在一实施方案中,所述复合材料为tapc与cotcpp的复合材料。

98、在一实施方案中,所述复合材料为imc70与copc的复合材料。

99、在一实施方案中,所述复合材料为imc60与zntpp的复合材料。

100、在一实施方案中,所述复合材料为sa-sc3n@c80与zntpp的复合材料。

101、在一实施方案中,所述复合材料为sa-c60-ce6复合材料。

102、在一实施方案中,所述复合材料为sa-c60-ce6、sa-c60-ce6-cl、sa-c70-ce6-cn或复合材料sa-c60-ce6-oh复合材料。

103、在一实施方案中,n1选自1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或其中任意两者之间的范围;n2选自1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或其中任意两者之间的范围;n3选自1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或其中任意两者之间的范围。

104、在一实施方案中,所述光触媒材料为亲水性材料,帮助提高光催化水生产氢气的产氢性能。

105、在一实施方案中,所述亲水性材料为亲水性碳量子点。

106、在一实施方案中,所述碳量子点的粒径优选为1~10nm。

107、在一实施方案中,所述碳量子点由含碳以及其他杂原子的前驱体经水热法烧制而成,具有核壳结构,内核为具有类石墨结构的结晶碳,壳层为亲水性基团。例如:羟基、羧基、氨基、乙二胺等。

108、在一实施方案中,将含碳以及杂原子的前驱体分散于水(例如去离子水)中,得到混合溶液;将所得混合溶液在160~180℃c下水热反应3~24h,得到所述碳量子点。再经洗涤、干燥,得到用于进一步反应的固体形式的碳量子点。

109、在一实施方案中,所述碳量子点前驱体选自小分子有机物例如柠檬酸、乙二胺、邻苯二胺、果糖、葡萄糖、蔗糖等单糖和多糖、柠檬酸、草酸等有机酸、尿素等;共轭聚合物、聚噻吩类(pt)、聚(苯基乙烯)类(ppe)、聚对苯撑乙烯类(ppv)等。

110、在一实施方案中,所述小分子前驱体部分示例如下:

111、

112、在一实施方案中,所述共轭聚合物部分示例如下:

113、

114、其中n为自然数;其中:r1、r2、r3、r4、r5、r6分别或者同时独立为氢、烷基、羟基、羧基、氨基、酰胺、酸酐、氰基、烯基、炔基、芳基、酯基、醚基、季铵盐、聚乙二醇基等共轭聚合物衍生物。

115、在一实施方案中,所述碳量子点烯为文献“jiechao ge,pengfei wang et al.agraphene quantum dot photodynamic therapy agent with high singlet oxygengeneration nat.commun.2014,5,4596-4603.”记载的碳量子点。

116、在一实施方案中,所述碳量子点为聚合物形式的

117、

118、其中,n为其中连续出现的重复单元(或称链节)的次数。

119、在一实施方案中,所述光催化包括如下步骤:将所述富勒烯复合材料光催化剂加入到含有牺牲剂的水溶液中,抽真空后,氙灯照射;

120、在一实施方案中,所述光的波段为太阳光am 1.5。

121、在一实施方案中,所述光的波长范围为420~800nm。

122、在一实施方案中,所述光催化的时间为1~24h。

123、本发明的另一方面,提供一种富勒烯碳量子点复合材料,其中,所述富勒烯包括富勒烯和富勒烯衍生物,所述富勒烯衍生物包括富勒烯氨基化衍生物、富勒烯羧基化衍生物、富勒烯羟基化衍生物中的一种或多种;所述碳量子点为前文所述量子点。

124、在一实施方案中,所述碳量子点为亲水性碳量子点,所述碳量子点的粒径优选为1~10nm。

125、优选地,所述碳量子点具有核壳结构,内核为具有类石墨结构的结晶碳,壳层为亲水性基团;所述亲水性基团优选自羟基、羧基、氨基或乙二胺。

126、在一实施方式中,所述复合材料通过混合所述富勒烯或富勒烯衍生物和碳量子点得到。

127、在一实施方式中,所述碳量子点与所述富勒烯衍生物的质量比为1:(0.1-10),优选为1:(0.5-2)。

128、本发明的另一方面,提供一种所述富勒烯碳量子点复合材料的制备方法,其包括:混合所述富勒烯或富勒烯衍生物和碳量子点。

129、在一实施方案中,所述复合材料的制备包括:将0.5-2mg/ml的富勒烯或其衍生物和0.5-2mg/ml的碳量子点混合。

130、优选地,其中所述富勒烯或其衍生物的浓度为1mg/ml。

131、优选地,其中所述碳量子点的浓度为1mg/ml。

132、进一步地,所述制备还包括:进行超声处理,所述进行超声处理的时间为2-12h,优选为6h。

133、进一步地,所述制备还包括:进行透析处理。

134、进一步地,所述制备还包括:冻干得到所述复合材料。

135、在一实施方案中,所述制备包括:将富勒烯或其衍生物配制为5ml浓度为1mg/ml的水溶液。将富勒烯或其衍生物水溶液加入到10ml 1mg/ml碳量子点溶液中,超声6h充分混合。之后用超纯水透析48h,冷冻干燥得到复合材料。

136、进一步地,所述制备方法包括:

137、a)将上述富勒烯衍生物充分溶于水中,配置浓度为0.5-1mg/ml,得到溶液1。

138、b)将碳量子点溶液约1mg/ml按体积比为1:(0.5~10)与溶液1充分混合,超声6h,得到溶液2。

139、c)将溶液2用去离子水透析48h,截止分子量3000da,冷冻干燥得到复合材料。

140、本发明的再一方面,提供了一种光催化产生富氢水的方法,所述方法包括以下步骤:

141、富勒烯类光催化材料1-1000mg(例如2mg)作为光催化剂加到去离子水中,并添加空穴牺牲剂和/或助催化剂,抽真空除氧后,采用am 1.5全波段光源进行照射。

142、在一实施方案中,所述空穴牺牲剂选自抗坏血酸、三乙醇胺、甲醇、甲酸、nahco3中的至少一种;所述助催化剂选自氯铂酸、金属助催化剂、过渡金属硫化物、过渡金属磷化物、复合助催化剂的至少一种;

143、在一实施方案中,所述助催化剂选自pt、au、ag、pd中的至少一种;

144、在一实施方案中,所述助催化剂负载量为1wt%~10wt%,可选的1wt%~3wt%。

145、在一实施方案中,所述光源为300w氙灯,包括可见光光源和模拟自然光中的至少一种。

146、在一实施方案中,所述光源的强度选自300~-500mw/cm2。

147、在一实施方案中,所述光照射的时间可为0.5~20h,可选的为3~6h,优选的为3h。

148、有益效果

149、1、本发明提供的富勒烯类光催化材料可以降低富氢水制造成本,实现安全无污染、绿色、高效制备富氢水。

150、2、本发明提供的富勒烯类光催化材料结构稳定,循环稳定性好,回收方便,可以多次循环使用。

151、3、本发明提供的富勒烯类光催化材料结构生产工艺简单、条件温和、成本低廉、产率高、易于操作、无毒无危险。

152、4、本发明基于富勒烯与碳量子点构建了一种复合材料,碳量子点富勒烯结构确定性质稳定并且具有优异的电子接受能力,碳量子点吸光范围广溶液中稳定。其中,碳量子点复合材料利用尺寸小水中分散性好的碳量子点作为光敏剂有助于减小催化剂团聚等问题,增强了其与水的接触,相比于传统有机光催化材料水中分散性差的问题。

153、5、富勒烯结构稳定,具有大的共轭结构,是一种常用的电子受体;碳量子点是碳纳米材料家族中的新成员,具有发光可调、荧光量子效率高、抗光漂白性能好、生物相容性好、无毒性、易于功能化、能够高产率制备等特性,有望在光电子器件、纳米催化剂、生物分析、荧光成像和光热治疗癌症等技术领域显示其广阔的应用前景。将富勒烯和碳量子点复合能够提高可见光吸收能力,促进光生电荷分离,抑制光生电子-空穴复合,提升材料的光催化活性。


技术特征:

1.富勒烯复合材料在光催化生产富氢水中的应用,其中,所述复合材料包括富勒烯或其衍生物和光触媒材料。

2.根据权利要求1所述的应用,其中,所述富勒烯衍生物选自亲水性基团修饰的富勒烯;

3.根据权利要求1或2所述的应用,其中,所述富勒烯为空心富勒烯、金属富勒烯、杂环富勒烯和内嵌富勒烯中的至少一种;

4.根据权利要求1-3任一项所述的应用,其中,所述复合材料为富勒烯或其衍生物与碳量子点形成的复合材料;所述复合材料富勒烯与碳量子点优选通过静电相互作用或氢键相互作用结合。

5.根据权利要求1-4任一项所述的应用,其中,所述复合材料为tcpc与碳量子点的复合材料、tapc与碳量子点的复合材料、thpc与碳量子点的复合材料、tcpc与tio2的复合材料、tapc与tio2的复合材料、thpc与tio2的复合材料、c60(c(cooh)2)2与碳量子点的复合材料、c70(c(cooh)2)2与碳量子点的复合材料、sc3n@c80(c(cooh)2)2与碳量子点的复合材料、c60与tio2的复合材料、c60(oh)n2与tio2的复合材料、sc3n@c80与tio2的复合材料、c60(eda)n3与tio2的复合材料、c70(eda)n3与tio2的复合材料、tapc与氧化锆的复合材料、c70(c(cooh)2)n1-znpc-tio2复合材料、c60(c(cooh)2)2与g-c3n4的复合材料、c60(c(cooh)2)2与bi2wo6的复合材料、c60与sno2的复合材料、c70与cutpp的复合材料、tapc与cotcpp的复合材料、imc70与copc的复合材料、imc60与zntpp的复合材料、sa-sc3n@c80与zntpp的复合材料或sa-c60-ce6复合材料;

6.根据权利要求1-5任一项所述的应用,其中,所述光触媒材料为亲水性材料;

7.根据权利要求1-6任一项所述的应用,其中,所述光催化包括如下步骤:将所述富勒烯复合材料光催化剂加入到含有牺牲剂的水溶液中,抽真空后,氙灯照射;

8.一种富勒烯碳量子点复合材料,其中,所述富勒烯包括富勒烯和富勒烯衍生物,所述富勒烯衍生物包括富勒烯氨基化衍生物、富勒烯羧基化衍生物、富勒烯羟基化衍生物中的一种或多种;

9.根据权利要求7所述的复合材料,其中,所述复合材料通过混合所述富勒烯或富勒烯衍生物和碳量子点得到;

10.一种光催化产生富氢水的方法,所述方法包括以下步骤:


技术总结
本发明属于光催化领域,具体涉及富勒烯复合材料在光催化生产富氢水的应用。所述富勒烯复合材料包括富勒烯(衍生物)半导体复合材料和富勒烯(衍生物)光敏剂(衍生物)复合材料。富勒烯类光催化材料不仅具有宽的光谱吸收范围,增加了光的利用效率,而且富勒烯增加了电子和空穴的分离效率,有助于光催化性能的大幅度提升。富勒烯类光催化材料在太阳光的照射下能够安全、高效稳定的分解水制备氢气,可以实现富氢水的安全、绿色、高效、低成本生产。

技术研发人员:吴波,宋玉朋,王春儒
受保护的技术使用者:中国科学院化学研究所
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
转载请注明原文地址: https://tieba.8miu.com/read-17611.html

最新回复(0)