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用。

背景技術：

1、近年來，隨著社會生活水平的提高和工業(yè)化進程的加快，全球能源消耗持續(xù)增長，預計到2050年將達到27太瓦。并且，過度依賴不可再生的化石燃料來滿足日益增長的能源需求，不僅會使有限資源不斷減少，還會導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，是導致全球變暖的主要因素。能源危機和環(huán)境問題已經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前科學研究的熱點課題之一。自然界中，植物利用光能將二氧化碳轉化為葡萄糖；受此啟發(fā)，我們可以利用太陽能將二氧化碳還原(co2rr)成一些有用的原料(如一氧化碳、甲烷、甲醇、甲酸等)，這一想法能夠實現“碳中和”這一概念。這不僅可以利用并轉換大氣中的co2，還可以將取之不盡、用之不竭的間歇性太陽能轉化為可儲存的化學能，是解決環(huán)境污染和能源危機的有前景的新方法。

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

3、當前，有機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合是一種簡單有效的策略，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、目前還未有相關現有技術報道噻吩修飾鐵卟啉聚合物及其制備方法與光催化應用。

技術實現思路

1、為了克服現有技術的不足，本申請?zhí)峁┮环N噻吩修飾鐵卟啉聚合物，通過原位化學聚合法將聚噻吩卟啉負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，能夠實現120小時超長時間穩(wěn)定催化，并且產物一氧化碳的選擇性高達98％，解決了產物分離困難的問題。

2、本申請解決其技術問題所采用的技術方案是：

3、本申請的第一目的，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、在一些實施方式中，所述助劑為無水氯化鐵。

6、在一些實施方式中，所述鐵噻吩基卟啉的制備過程為：將2-噻吩甲醛、吡咯加入混合溶液中，進行反應；反應結束后，得到噻吩基卟啉；將噻吩基卟啉和鐵源進行反應，得到鐵噻吩基卟啉。

7、在一些實施方式中，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，在回流下進行反應50-60min；混合溶液包括乙酸、丙酸、硝基苯。

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

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

11、在一些實施方式中，所述氰胺和二氧化硅的質量比為1：1。

12、本申請的第二目的，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，進行反應；反應結束后，得到噻吩基卟啉；將噻吩基卟啉和鐵源進行反應，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行混合，升溫至550-560℃并在550-560℃保溫4-5h，進行分散、過濾和洗滌，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行分散，加入鐵噻吩基卟啉、助劑，在40-50℃下反應24-30h，得到噻吩修飾鐵卟啉聚合物。

19、本申請的第三目的，提供一種噻吩修飾鐵卟啉聚合物的光催化應用，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?zhí)峁┑泥绶孕揎楄F卟啉聚合物，通過原位化學聚合法將聚噻吩卟啉負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)定的問題；

22、2.本申請?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上，避免了電子-空穴的大量復合，提高了催化活性。

23、3.本申請?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，能夠實現120小時超長時間穩(wěn)定催化，并且產物一氧化碳的選擇性高達98％，解決了產物分離困難的問題。

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

技術特征：

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.根據權利要求1所述的一種噻吩修飾鐵卟啉聚合物，其特征在于，所述助劑為無水氯化鐵。

3.根據權利要求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程為：將2-噻吩甲醛、吡咯加入混合溶液中，進行反應；反應結束后，得到噻吩基卟啉；將噻吩基卟啉和鐵源進行反應，得到鐵噻吩基卟啉。

4.根據權利要求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.根據權利要求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，在回流下進行反應50-60min；混合溶液包括乙酸、丙酸、硝基苯。

6.根據權利要求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行回流反應4-5h，所述鐵源為氯化亞鐵。

7.根據權利要求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程：將氰胺和含有二氧化硅的水溶液進行混合，升溫至550-560℃并在550-560℃保溫4-5h，進行分散、過濾和洗滌，得到介孔石墨相氮化碳。

8.根據權利要求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量比為1：1。

9.根據權利要求1-8任一項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用，其特征在于，將權利要求1-8任一項所述的噻吩修飾鐵卟啉聚合物或者是權利要求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。

技術總結
本發(fā)明涉及光催化的技術領域，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用。本申請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)。本申請所述的一種噻吩修飾鐵卟啉聚合物，通過原位化學聚合法將聚噻吩卟啉負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，能夠實現120小時超長時間穩(wěn)定催化，并且產物一氧化碳的選擇性高達98％，解決了產物分離困難的問題。

技術研發(fā)人員：饒衡,許強,韓靜瑋,佘萍,秦俊生
受保護的技術使用者：吉林大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9