一种含巯基二维共价有机框架的制备及光催化全解水性能应用

专利2025-10-08  2


本发明涉及一种含巯基二维共价有机框架的制备及光催化全解水性能的应用。随着经济的高速发展和人口数量的不断增多,人类社会发展对能源的依赖与日俱增,传统化石能源的快速消耗引发了严峻的能源危机,并导致严重的环境污染和生态破坏,因此,开发利用清洁、可再生的绿色能源来代替的化石能源同时改变环境污染问题尤为重要;在众多能源中,氢能具有可再生、能量密度高、零污染等优点,被认为是解决能源危机最有前途的能源之一,通过以取之不尽的太阳能为驱动力光催化裂解水产生氢气和氧气是一种最为清洁有效的方式;但由于光催化剂存在电子和空穴易复合的问题,使得裂解水的效率极低,因此将巯基引入到二维共价有机框架中,增强电子传输效率,提高电子空穴分离效率是较为有效的方式。二维共价有机框架(cof)是由c、h、o、n等元素通过共价键连接而成的多孔晶型材料,具有质量轻,密度低,高比表面积,结构规整,孔道均一,结构相对稳定,易功能化修饰等优点,使得cof在气体贮存和分离、催化、传感、储能、光电转换等多个领域表现出极具潜力的应用前景。


背景技术:


技术实现思路

1、本发明的目的是要解决光催化剂电子空穴易复合、分解水效率不高的问题,从而提供一种含巯基的cof制备方法及光催化分解水应用。2,5-二氨基-1,4-苯二硫醇

2、本发明的一种含巯基二维共价有机框架的制备方法是按以下步骤完成的:

3、一、tfpa-cof的制备:将2,4,6-三(4-醛基苯基)-1,3,5-三嗪和对苯二胺加入耐热玻璃管,随后加入邻二氯苯、正丁醇和醋酸的混合溶液,在超声频率为40khz的条件下超声处理30~35min,在液氮浴中进行三次冻融循环脱气,密封后于120~150℃中加热72~120h,过滤并用四氢呋喃洗涤数次,干燥得到tfpa-cof材料;

4、步骤一中所述2,4,6-三(4-醛基苯基)-1,3,5-三嗪的质量为19.8mg;

5、步骤一中所述对苯二胺的质量为8.1mg;

6、步骤一中所述2,4,6-三(4-醛基苯基)-1,3,5-三嗪和对苯二胺的物质的量比为2:3;

7、步骤一中所述邻二氯苯、正丁醇和醋酸的体积比为5:5:1;

8、步骤一中所述使用的醋酸的浓度为6mol·l-1;

9、步骤一中所述密封后于120℃中加热72h;

10、tfdbd-cof的制备:将得到的干燥的tfpa-cof材料和2,5-二氨基-1,4-苯二硫醇

11、二、加入耐热玻璃管,随后加入邻二氯苯、正丁醇和醋酸的混合溶液,在超声频率为40khz的条件下超声处理60~90min,在液氮浴中进行三次冻融循环脱气,密封后于120~150℃中加热72~120h,过滤用n,n-二甲基甲酰胺索氏提取48h后更换乙醇继续索氏提取24h,真空干燥后的样品备用;

12、步骤二中所述tfpa-cof的质量为10mg;

13、步骤二中所述2,5-二氨基-1,4-苯二硫醇的质量为9.17mg;

14、步骤二中所述tfpa-cof和述2,5-二氨基-1,4-苯二硫醇的质量比为1:0.917;

15、步骤二中所述邻二氯苯、正丁醇和醋酸的体积比为5:5:1;

16、步骤二中所述使用的醋酸的浓度为6mol·l-1;

17、步骤二中所述密封后于120℃中加热72h。

18、本发明的有益效果:

19、本发明采用溶剂热法,以2,4,6-三(4-醛基苯基)-1,3,5-三嗪和对苯二胺为原料,成功合成了tfpa-cof材料,但是该材料可见光吸收能力差,无法将水光解为氢气和氧气;因此该发明将tfpa-cof与2,5-二氨基-1,4-苯二硫醇二次溶剂热反应,合成了一种新型的cof材料tfdbd-cof,该材料有效的提高了可见光吸收,从而提升了性能,tfdbd-cof材料的光全解水产氢效率为158μmol·h-1·g-1,产氧效率为78μmol·h-1·g-1。



技术特征:

1.一种含巯基二维共价有机框架的制备及光催化全解水,其特征在于该方法按以下步骤进行:

2.根据权利要求1所述的一种tfdbd-cof材料的制备,其特征在于步骤一中所述的质量为10~15mg。

3.根据权利要求1所述的一种tfdbd-cof材料的制备,其特征在于步骤一中所述tfpa-cof与2,5-二氨基-1,4-苯二硫醇质量比为1:0.917。

4.根据权利要求1所述的一种tfdbd-cof材料的制备,其特征在于步骤一中所述邻二氯苯、正丁醇和醋酸体积比5:5:1。


技术总结
本发明涉及一种含巯基的共价有机框架(COF)的制备及其光催化全解水性能的应用。本发明提供一种含巯基的共价有机框架材料(TFDBD‑COF),目的是为了解决现有共价有机框架材料光催化全解水效率低以及可见光利用率不高的问题。方法:一、TFPa‑COF材料的制备;二、TFDBD‑COF材料的制备。本发明应用于光催化全解水领域,实验表明该材料具有优异的光催化全解水性能,在可见光照射下全解水产氢速率可达到158μmol·h‑1·g‑1,产氧速率可达到78μmol·h‑1·g‑1,为二维共价有机框架的发展提供了新思路,具有重要意义。

技术研发人员:张凤鸣,田永奇,董鸿,慕林童
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:2024/12/17
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