一种具有双重互穿结构的四嗪基三维共价有机框架的制备方法和在光催化合成尿素中的应用

本发明属于材料制备和光催化，具体涉及一种具有双重互穿结构的四嗪基三维共价有机框架的制备方法和在光催化合成尿素中的应用。

背景技术：

1、尿素作为一种重要的氮肥，是农业生产中不可缺少的原料。除此之外，尿素还具有广泛的非农业应用，可广泛用于医药和染料等产品的制备。尿素的工业合成目前采用bosch-meiser工艺，该工艺需要高温高压反应条件，消耗大量能源并排放大量温室气体co2。因此，采用节能环保的路线合成尿素就显得尤为重要。

2、共价有机框架材料是由共价键链接的具有精确拓扑结构、明确孔径分布的晶型多孔材料。cofs材料多是由一些较轻的化学元素(c、n、b、o、si)组成且具有优异的孔性质、较大的比表面积和较好的稳定性以及易于功能化等诸多优点，近年来被广泛应用在气体储存与分离、光电材料，催化、药物释放和能源等领域并且表现出了优异的应用前景，从而受到材料学家和化学家的广泛关注与研究，成为继金属-有机框架(mofs)之后出现的又一类新型功能材料。与通过非共价键链接而成传统无机多孔材料相比，cofs都是通过共价键链接的，在材料的孔的性质得到保持的同时，分子网格结构更加稳固。由于构成cofs的分子结构单元与合成方法的多样性，不仅使最终的cofs材料具有丰富的结构组成和可控的孔性质，更重要的是还可以通过目的性地引入功能化的构筑单元，进而使最终的材料具有相应的功能性质。

3、本发明根据共价有机框架材料的特性，研发一种可以在常温常压下催化nh3和co2生成尿素的使用亚胺键链接的具有双重互穿结构的四嗪基三维共价有机框架。

技术实现思路

1、本发明的目的提供一种具有双重互穿结构的四嗪基三维共价有机框架的制备方法和在光催化合成尿素中的应用，旨在解决现有能源危机和或全球变暖的环境问题。

2、为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、一种具有双重互穿结构的四嗪基三维共价有机框架的制备方法，包括如下步骤：

4、步骤一、将5,5'-(1,2,4,5-四嗪-3,6-二基)双苯-1,3-二胺和1,3,5-三(对甲酰基苯基)苯按照摩尔比3:4的比例加入到含有均三甲苯和二氧六环混合溶剂的耐高压玻璃容器中，加入乙酸溶液；

5、步骤二、将耐高压玻璃容器中冲入氮气，进行脱气处理后将其抽成真空状态密封；

6、步骤三、将封口的玻璃容器放置于烘箱中，加热、并保温；

7、步骤四、反应物冷却至25摄氏度，过滤，分别用四氢呋喃和丙酮洗涤沉淀，真空干燥，得到具有ffc拓扑结构的双重互穿的四嗪基三维共价有机框架，四嗪基三维共价有机框架的结构式为产率约为60％。

8、进一步，步骤一中每毫升所述混合溶剂中含有5,5'-(1,2,4,5-四嗪-3,6-二基)双苯-1,3-二胺和1,3,5-三(对甲酰基苯基)苯的总质量之和为15-35毫克。

9、进一步，步骤二中脱气处理至少为3次。

10、进一步，步骤三中加热至120摄氏度，保温72小时。

11、进一步，步骤四中干燥温度为60摄氏度，干燥至洗涤剂完全蒸发。

12、一种具有双重互穿结构的四嗪基三维共价有机框架在光催化合成尿素中的应用，所述具有双重互穿结构的四嗪基三维共价有机框架为根据权利要求1-5中任意一项所述的具有双重互穿结构的四嗪基三维共价有机框架的制备方法制备的具有ffc拓扑结构的双重互穿的四嗪基三维共价有机框架。

13、进一步，在光催化间歇式反应器中，所述具有双重互穿结构的四嗪基三维共价有机框架作为光催化剂，将nh3和co2经光催化偶联反应得到尿素。

14、进一步，所述光催化温度为25摄氏度；催化反应在光照下进行。

15、进一步，水作为反应体系的溶剂。

16、进一步，在光照下，nh3/co2气氛中，产生尿素的速率为532μmol g-1h-1。

17、本发明由于采用了上述的结构，其与现有技术相比，所取得的技术进步至少具有以下的一项：

18、1.本发明构筑的双重互穿结构的四嗪基三维共价有机框架材料通过5,5'-(1,2,4,5-四嗪-3,6-二基)双苯-1,3-二胺和1,3,5-三对(甲酰基苯基)苯的醛胺缩合缩合反应获得。在光驱动下，具备十分优异的光催化nh3和co2偶联生成尿素的性能。

19、2.本发明提供的具有双重互穿结构的四嗪基三维共价有机框架制备方法操作简单，光催化性能优异且有利于催化剂的可回收利用，具备优异的实际商业化应用潜力。

20、3.本发明具有双重互穿结构的四嗪基三维共价有机框架材料的催化反应体系为纯水，具备反应体系绿色、无污染、低成本的特点。

技术特征：

1.一种具有双重互穿结构的四嗪基三维共价有机框架的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的具有双重互穿结构的四嗪基三维共价有机框架的制备方法，其特征在于：步骤一中每毫升所述混合溶剂中含有5,5'-(1,2,4,5-四嗪-3,6-二基)双苯-1,3-二胺和1,3,5-三(对甲酰基苯基)苯的总质量之和为15-35毫克。

3.根据权利要求1所述的具有双重互穿结构的四嗪基三维共价有机框架的制备方法，其特征在于：步骤二中脱气处理至少为3次。

4.根据权利要求1所述的具有双重互穿结构的四嗪基三维共价有机框架的制备方法，其特征在于：步骤三中加热至120摄氏度，保温72小时。

5.根据权利要求1所述的具有双重互穿结构的四嗪基三维共价有机框架的制备方法，其特征在于：步骤四中干燥温度为60摄氏度，干燥至洗涤剂完全蒸发。

6.一种具有双重互穿结构的四嗪基三维共价有机框架在光催化合成尿素中的应用，其特征在于：所述具有双重互穿结构的四嗪基三维共价有机框架为根据权利要求1-5中任意一项所述的具有双重互穿结构的四嗪基三维共价有机框架的制备方法制备的具有ffc拓扑结构的双重互穿的四嗪基三维共价有机框架。

7.根据权利要求6所述的具有双重互穿结构的四嗪基三维共价有机框架在光催化合成尿素中的应用，其特征在于：在光催化间歇式反应器中，所述具有双重互穿结构的四嗪基三维共价有机框架作为光催化剂，将nh3和co2经光催化偶联反应得到尿素。

8.根据权利要求7所述的具有双重互穿结构的四嗪基三维共价有机框架在光催化合成尿素中的应用，其特征在于：所述光催化温度为25摄氏度；催化反应在光照下进行。

9.根据权利要求8所述的具有双重互穿结构的四嗪基三维共价有机框架在光催化合成尿素中的应用，其特征在于：水作为反应体系的溶剂。

10.根据权利要求9所述的具有双重互穿结构的四嗪基三维共价有机框架在光催化合成尿素中的应用，其特征在于：在光照下，nh3/co2气氛中，产生尿素的速率为532μmol g-1h-1。

技术总结本发明公开了一种具有双重互穿结构的四嗪基三维共价有机框架的制备方法，包括如下步骤：一、将5,5'‑(1,2,4,5‑四嗪‑3,6‑二基)双苯‑1,3‑二胺和1,3,5‑三(对甲酰基苯基)苯加入到含有均三甲苯和二氧六环混合溶剂的耐高压玻璃容器中，加入乙酸溶液；二、将容器中冲入氮气，进行脱气密封；三、将封口容器放置于烘箱中，加热、并保温；四、反应物冷，过滤，洗涤沉淀，真空干燥，得到具有ffc拓扑结构的双重互穿的四嗪基三维共价有机框架，四嗪基三维共价有机框架的结构式为产率约为60％；本发明采用构筑的双重互穿结构的四嗪基三维共价有机框架材料通过醛胺缩合缩合反应获得；制备方法操作简单，光催化性能优异且有利于催化剂的可回收利用；适用于尿素生产。技术研发人员：姜建壮,王康,李宁受保护的技术使用者：北京科技大学技术研发日：技术公布日：2025/1/6