【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及光催化劑制備，特別涉及一種氘代有機半導體光催化劑及其制備方法和光催化產氫方法。
技術介紹
1、氫能作為一種可以代替化石燃料的清潔能源，目前的制氫工藝卻仍然依賴于化石燃料來進行。氫能作為一種清潔能源在當今世界正受到越來越多的關注。相比傳統的石油、天然氣等化石燃料，氫氣的燃燒產生的唯一副產品是水，不會產生二氧化碳等溫室氣體，因此被認為是一種環保和可持續的能源形式。為了能夠實現可持續發展的綠色制氫技術，光催化解水制氫技術被認為是最理想的綠色制氫技術之一。與傳統的氫氣生產方式相比，光催化制氫技術具有低碳排放、無污染和廣泛的原料來源等優勢。有機聚合物半導體可以通過分子設計和結構調控，實現特定性能的優化，從而實現可調節的能帶結構、高的光吸收系數、靈活的加工性以及較低的制造成本，而被廣泛用作光催化分解水的有效催化劑。然而，盡管有機聚合物半導體光催化劑具有諸多優勢，但由于其介電常數較低，存在光生載流子分離能力差、激子效應強等缺點，導致其催化基于自由載流子的水分解產氫的性能仍然較低。
2、聚合物有機半導體因為介電常數較低導致電子容易與局域晶格耦合，為聚合物半導體內載流子的遷移擴散設定了基本的內在限制。而對于富含氫(h)的大部分聚合物有機半導體來說，相比于其他元素，氘(d)同位素取代策略，雖然僅僅多了一個中子，但原子質量相對提升一倍，化學鍵的振動頻率會發生顯著變化，有望誘發聲子效應的改變。如：wang等[9]將ir(ppy)3分子進行全氘化，由于d和h顯著差異的原子質量，導致ir(ppy)3分子拉伸和彎曲能量降低。當半導體
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的技術問題是研究一種氘代有機半導體光催化劑及其制備方法和光催化產氫方法，提高光生載流子遷移和運輸效率，提升光催化產氫性能。
2、本專利技術解決上述技術問題的技術方案如下：
3、一種氘代有機半導體光催化劑，為氘代聚合物2,4,5,6-四(9-咔唑基)-間苯二腈，氘代聚合物2,4,5,6-四(9-咔唑基)-間苯二腈的結構式如下式：
4、
5、本專利技術的有益效果是：本專利技術使用同位素取代來調控光催化過程中的聲子，為實現高效的半導體光催化提供了一種與眾不同的催化劑設計調控方法。通過氘化咔唑取代咔唑合成氘代咔唑-氰基苯共軛聚合物，從熒光測量中可以觀察到氘化樣品載流子壽命更長，明顯提升光生電子和空穴的分離效率，并且變溫熒光光譜數據表明光學聲子能量減弱和huang-rhys因子s增強。催化劑中基態的高振動能級和激發態的低振動能級之間的內轉換是載流子非輻射衰減的主要動力，而根據費米黃金法則，內轉換速率與huang-rhys因子s呈負相關，因此氘代過程使得內轉化過程受到抑制，即電子的非輻射失活減少，載流子壽命延長，從而導致了更高的可見光催化分解水產氫氣生成率，達到提升催化劑活性的效果。
6、在上述技術方案的基礎上，本專利技術還可以做如下改進。
7、本專利技術另一技術方案如下：
8、一種氘代有機半導體光催化劑的制備方法，包括如下步驟：
9、制備氘代2,4,5,6-四(9-咔唑基)-間苯二腈：
10、步驟01、將四氫呋喃溶液緩慢添加到氘代咔唑和氫化鈉中，攪拌；
11、步驟02、加入四氟間苯二腈的四氫呋喃溶液，攪拌；
12、步驟03、向反應混合物中加入去離子水；
13、步驟04、在減壓條件下，將所得混合物濃縮，用去離子水和乙醇洗滌得到粗產物；
14、步驟05、粗產物通過重結晶純化，得到氘代2,4,5,6-四(9-咔唑基)-間苯二腈；
15、制備氘代聚合物2,4,5,6-四(9-咔唑基)-間苯二腈；
16、步驟06、將氘代2,4,5,6-四(9-咔唑基)-間苯二腈溶解在無水三氯甲烷中，得到單體溶液；
17、步驟07、將單體溶液滴加到無水氯化鐵和無水三氯甲烷的混合溶液中；
18、步驟08、攪拌，待攪拌完成后，加入甲醇，攪拌，將得到的產物用鹽酸洗滌；
19、步驟09、過濾，用去離子水洗滌；
20、步驟10、純化；
21、步驟11、干燥，得到氘代聚合物2,4,5,6-四(9-咔唑基)-間苯二腈。
22、進一步，步驟01在室溫、氬氣氣氛中進行。
23、進一步，步驟05中將粗產物通過環己烷或二氯甲烷重結晶鈍化。
24、進一步，步驟10中采用索氏提取法純化：向產物中依次加入四氫呋喃、甲醇純化。
25、本專利技術另一技術方案如下：
26、一種光催化產氫方法，采用如上述制備的氘代聚合物2,4,5,6-四(9-咔唑基)-間苯二腈作為光催化劑進行光催化產氫。
27、進一步，光催化產氫包括如下步驟：將氘代聚合物2,4,5,6-四(9-咔唑基)-間苯二腈放入燒杯中，加入純水和三乙醇胺；將燒杯放在超聲儀中超聲，使氘代聚合物2,4,5,6-四(9-咔唑基)-間苯二腈在液體中有效分散；將液體倒入裝有待分解水的反應器中，進行光催化制氫。
28、進一步，反應器中反應溫度10℃，采用氙燈光源對反應器中的溶液進行照射，氙燈光源功率為15w且光波波長大于420nm，對反應器中的溶液按攪拌速率為250rpm進行攪拌。
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1.一種氘代有機半導體光催化劑，其特征在于，為氘代聚合物2,4,5,6-四(9-咔唑基)-間苯二腈，所述氘代聚合物2,4,5,6-四(9-咔唑基)-間苯二腈的結構式如下式：
2.一種氘代有機半導體光催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
3.根據權利要求2所述一種氘代有機半導體光催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟01在室溫、氬氣氣氛中進行。
4.根據權利要求3所述一種氘代有機半導體光催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟05中將粗產物通過環己烷或二氯甲烷重結晶鈍化。
5.根據權利要求4所述一種氘代有機半導體光催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟10中采用索氏提取法純化：向產物中依次加入四氫呋喃、甲醇純化。
6.一種光催化產氫方法，采用如權利要求1所述一種氘代有機半導體光催化劑，或采用如權利要求2至5任一方法制備的氘代聚合物2,4,5,6-四(9-咔唑基)-間苯二腈作為光催化劑進行光催化產氫。
7.根據權利要求6所述一種光催化產氫方法，其特征在于，所述光催化產氫包括如下步驟：將氘代聚合物2,4,5,
8.根據權利要求7所述一種光催化產氫方法，其特征在于，所述反應器中反應溫度10℃，采用氙燈光源對所述反應器中的溶液進行照射，所述氙燈光源功率為15W且光波波長大于420nm，對所述反應器中的溶液按攪拌速率為250rpm進行攪拌。
...【技術特征摘要】
1.一種氘代有機半導體光催化劑，其特征在于，為氘代聚合物2,4,5,6-四(9-咔唑基)-間苯二腈，所述氘代聚合物2,4,5,6-四(9-咔唑基)-間苯二腈的結構式如下式：
2.一種氘代有機半導體光催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
3.根據權利要求2所述一種氘代有機半導體光催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟01在室溫、氬氣氣氛中進行。
4.根據權利要求3所述一種氘代有機半導體光催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟05中將粗產物通過環己烷或二氯甲烷重結晶鈍化。
5.根據權利要求4所述一種氘代有機半導體光催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟10中采用索氏提取法純化：向產物中依次加入四氫呋喃、甲醇純化。
6.一種光催化產氫方法，采用如權利要...
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