一种偶氮键连接的共价有机框架材料的制备及光合成过氧化氢

本发明涉及一种偶氮键连接的共价有机框架材料的制备及光催化从水和氧气中合成过氧化氢。

背景技术：

1、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。过氧化氢(h2o2)作为一种多用途试剂，广泛应用于化学合成、储能和水处理等领域。目前制备h2o2的常用方法有蒽醌氧化法、电化学合成法和贵金属催化法。然而，这些方法需要较高的能量投入，并因释放有毒副产物而造成环境污染。由于利用空气中天然丰富的水和氧气为原料，利用太阳光作为能量输入，特别是不使用牺牲剂被认为是绿色可持续的方法之一。

2、共价有机骨架材料(cofs)是由c、b、o、n和si等轻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cofs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。偶氮键连接的cof具有更好的可见光吸收能力，能够最大程度利用可见光。因此，利用偶氮键连接的共价有机框架材料用于光催化反应是可行的。

技术实现思路

1、本发明的目的是要解决现有材料光催化合成过氧化氢效率不高的问题，而提供一种偶氮键连接的共价有机框架材料的制备方法及光催化合成过氧化氢的应用。

2、本发明的一种偶氮键连接的共价有机框架材料的制备方法是按以下步骤完成的：

3、一、tapt-omepa-cof材料的制备：将2,5-二甲氧基-1,4-对苯二醛和2,4,6-三(4-氨基苯基)-1,3,5-三嗪加入耐热玻璃管，随后加入1,4-二氧六环和醋酸的混合溶液，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80～120℃中加热72～120h，过滤并用四氢呋喃洗涤数次后真空干燥12h得到tapt-omepa-cof材料；

4、二、将得到干燥的tapt-omepa-cof材料和1,4-二亚硝基苯加入耐热玻璃管，随后加入1,4-二氧六环和醋酸的混合溶液，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。

5、步骤一中所述的2,5-二甲氧基-1,4-对苯二醛和2,4,6-三(4-氨基苯基)-1,3,5-三嗪的质量分别为14～28.8mg与12～23.2mg；

6、步骤一中所述2,5-二甲氧基-1,4-对苯二醛和2,4,6-三(4-氨基苯基)-1,3,5-三嗪物质的量比为1.5:1；

7、步骤二中所述tapt-omepa-cof材料和1,4-二亚硝基苯的质量比为1:1.65；

8、步骤一中所述1,4-二氧六环和醋酸体积比2:1；

9、步骤一中所述使用的醋酸的浓度为3mol·l-1；

10、步骤一中所述密封后于120℃中加热72h；

11、步骤二中所述1,4-二氧六环和醋酸体积比4:1；

12、步骤二中所述使用的醋酸的浓度为6mol·l-1；

13、步骤二中所述密封后于120℃中加热72h；

14、本发明的有益效果：

15、本发明采用溶剂热法，以2,5-二甲氧基-1,4-对苯二醛和2,4,6-三(4-氨基苯基)-1,3,5-三嗪和为原料，成功合成了tapt-omepa-cof材料，但是该材料可见光吸收能力差，光合成的过氧化氢的量仅为0.34～0.52mmol·h-1·g-1。因此该发明将tapt-omepa-cof与1,4-二亚硝基苯二次溶剂热反应，合成了一种新型的cof材料azo-cof-x(偶氮键连接的共价有机框架材料)，该材料有效的提高了可见光吸收，从而提升了性能。azo-cof-x材料的光合成过氧化氢的效率为1.5～1.75mmol·h-1·g-1。

技术特征：

1.一种偶氮键连接的共价有机框架材料的制备及光合成过氧化氢，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azo-cof-x材料的制备，其特征在于步骤二中所述的质量为10～15mg。

3.根据权利要求1所述的一种azo-cof-x材料的制备，其特征在于步骤二中所述tapt-omepa-cof与1,4-二亚硝基苯质量比为1:1.65。

4.根据权利要求1所述的一种azo-cof-x材料的制备，其特征在于步骤二中所述1,4-二氧六环和醋酸体积比4:1。

技术总结
本发明涉及一种偶氮键连接的共价有机框架材料的制备及光合成过氧化氢。本发明提供一种新型偶氮键连接的共价有机框架材料(Azo‑COF‑X)，目的是为了解决现有共价有机框架材料光催化合成过氧化氢效率低以及可见光利用率不高的问题。方法：一、TAPT‑OMePA‑COF原料的制备；二、Azo‑COF‑X的制备。本发明的制备过程简单有效，试剂消耗少且产率高；且本发明提供的光催化剂能够有效提高光合成过氧化效率。本发明应用于光催化合成过氧化氢领域，实验表明该材料具有优异的光催化合成过氧化氢性能，在可见光照射下分解水产氢速率可达到1.75mmol·h‑1·g‑1。

技术研发人员：张凤鸣,肖建洲
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：2024/1/16