一种基于三嗪共价有机框架材料的制备及用途

本发明属于共价有机骨架材料领域，具体涉及一种基于三嗪结构共价有机骨架材料的制备以及其在光催化全分解水产氢中的应用。太阳能作为取之不尽的自然能源，其每秒钟照射到地球上的能量相当于500万吨煤燃烧产生的能量。光催化全解水就是模拟绿色植物光合作用，在催化剂的作用下以太阳能为驱动力实现将水分解为氢气和氧气，实现以氢能的形式储存并利用太阳能的过程。氢能在制备、存储和利用的工程中不再产生二次污染，是最为理想的环境友好型能源，未来可为诸多领域提供动能，有效实现节能减排。因此光催化全解水是从根本上解决能源短缺和环境污染问题的有效方案之一。自1972年fujishima等人开创性的利用金红石型二氧化钛(tio2)作为阳极实现光辅助电解水分解的工作以来，学者们对光催化全解水系统的研究做出了巨大的努力。目前，利用传统半导体tio2，srtio3等已实现了在紫外光激发下的高效全解水，但紫外光占比在太阳光谱中仅为5％左右，所以这类催化剂的催化效率较低。因此，设计和构筑可在可见光驱动下有效全解水且高循环性的光催化剂一直是光催化领域的最具有挑战性和意义的研究课题。共价有机框架(cofs)是一种晶态多孔的聚合物，具有明确的二维晶体结构，由较低密度的元素(如o、c、b和n)通过强共价键连接而成。cofs具有在水、有机溶剂和酸碱性条件下高稳定性的突出优势。二维结构(2d)cofs多由刚性共轭结构单体连接而成，分子具有大的平面共轭体系和层间强的π-π作用，这种层内和层间的共轭作用有利于电荷的传输和材料对可见光的吸收。其也具有独特的物理和化学性质，如模块化、结晶性、孔隙性和稳定性，使其成为有前途的半导体光催化剂。

背景技术：

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于三嗪结构共价有机骨架材料的制备以及其在光催化全分解水产氢中的应用。

2、本发明采用的技术方案为：

3、一种含有双金属结构共价有机骨架材料，其特征在于结构单元属于六方晶系p3空间群，晶胞参数α＝90°,β＝90°,γ＝120°。

4、上面所述新型化合物的合成方法，其特征为包括以下步骤：(1)：将1,3,5-三嗪-2,4,6-三(4’-羟基-5’-甲酰基)苯、2,4,6-三(4-氨基吡啶基)-1,3,5-三嗪、二甲基亚砜和乙醇依次加入到一根pyrex管中，超声1小时后加入乙酸水溶液，并进行三次液氮冷冻脱气操作以实现反应体系的真空无氧条件；将经过脱气操作的pyrex管自然解冻后放入的烘箱中120～150℃加热进行反应，72～120小时后关闭烘箱，使其自然冷却至室温。

5、(2)过滤步骤⑴中得到的粗产物，并用n,n-二甲基甲酰胺和乙醇多次洗涤至滤液为无色。分别使用甲醇和丙酮进行溶剂交换，在100～150℃真空干燥箱中保持24～48小时蒸发溶剂后，得到黄色粉末状的基于三嗪结构的共价有机框架材料。

6、步骤(1)中称取1,3,5-三嗪-2,4,6-三(4’-羟基-5’-甲酰基)苯与2,4,6-三(4-氨基吡啶基)-1,3,5-三嗪，两种单体物质的量的比为1:1～1:1.5。

7、步骤(1)中取摩尔比为1:2～2:1的二甲基亚砜和乙醇于管中。

8、步骤(1)中称取的冰乙酸的物质的量的浓度为9～12mol l-1，加入冰乙酸的体积为0.3～0.5ml。

9、本发明的有益效果：

10、基于三嗪结构共价有机骨架材料，由于材料结构的独特性导致其可作为光催化剂进行光催化反应，将水全分解为氢气和氧气。

技术特征：

1.一种含有三嗪结构共价有机骨架材料，它的化学结构重复单元如图1所示，其特征在于结构单元属于六方晶系p3空间群，晶胞参数α＝90°,β＝90°,γ＝120°。

2.权利要求1中的新型化合物的制备方法，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的基于三嗪结构共价有机骨架材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中称取1,3,5-三嗪-2,4,6-三(4’-羟基-5’-甲酰基)苯与2,4,6-三(4-氨基吡啶基)-1,3,5-三嗪，两种单体物质的量的比为1:1～1:1.5至真空管中。

4.根据权利要求2所述的基于三嗪结构共价有机骨架材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中取摩尔比为1:2～2:1的二甲基亚砜和乙醇于管中。

5.根据权利要求2所述的基于三嗪结构共价有机骨架材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的乙酸的物质的量的浓度为9～12mol l-1，加入的乙酸的体积为0.3～0.5ml。

6.根据权利要求(1)所述的基于三嗪结构共价有机骨架材料，由于材料结构的独特性导致其可作为光催化剂进行光催化反应，将水全分解为氢气和氧气。

技术总结本发明属于共价有机骨架材料领域，具体涉及一种基于三嗪结构共价有机骨架材料的制备以及其在光催化全分解水产氢中的应用。其特征在于结构单元属于六方晶系P3空间群，晶胞参数α＝90°,β＝90°,γ＝120°。基于三嗪结构共价有机骨架材料，由于材料结构的独特性导致其可作为光催化剂进行光催化反应，将水全分解为氢气和氧气。技术研发人员：张凤鸣,孙婷婷,张昊受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学技术研发日：技术公布日：2024/9/12