[發明專利]一種具有光催化活性的鎘有機配合物及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 201710752938.2
• 申請日: 2017-08-29
• 公開（公告）號: CN107619417A
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 姚元根;李斐;張鑫;葉閏平;孫明玲
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: C07F3/08
• 分類號: C07F3/08;B01J31/22;C02F1/30;C02F101/30
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明涉及配位化學和光催化領域，具體涉及一種具有光催化活性的鎘有機配合物及其制備方法與應用

背景技術

近年來光催化以其可直接利用太陽能作為光源來驅動反應等獨特性能，而成為一種理想的環境污染治理技術和潔凈能源生產技術，其具有二次污染少、反應條件溫和、操作簡便、能耗低等優點。

光催化降解污染物技術是近些年來興起的具有發展前景的污染治理技術，被國內外學者廣泛關注。光化學是研究光與物質相互作用所引起的永久性化學效應的化學分支學科，物質一般在可見光或紫外線的照射下產生化學反應。分子受到光激活時，原則上可以做到選擇性激發，體系中分子能量的分布屬于非平衡分布。所以光化學反應的途徑與產物往往和基態熱化學反應不同，只要光的波長適當，能為物質所吸收，即使在很低的溫度下，光化學反應仍然可以進行。

目前，超分子作為一種新型分子功能材料，不僅具有豐富的拓撲結構和多樣的堆積方式，而且在有機廢水的處理、光催化性能領域具有巨大的應用潛力。研究表明，功能性配合的三維結構不僅可以增加材料的比表面積，同時可以提高物質的傳輸速率。功能配合物的的金屬離子和有機配體直接相互作用可以有效改善分離光生電子-空穴，進而提高光催化反應活性。因此，設計與合成結構新穎且在環境領域內具有潛在應用價值的超分子和無機-有機雜化材料是晶體工程學研究的兩個重要的方面。文獻Inorg.Chem.,2014,53,4209-4214中，Fu等用合成的一種金屬有機物配合物40mg將80mL濃度為4.0×10^-5mol/L亞甲基藍溶液降解基本完全用了4個小時。專利201510898662.X中，劉南南等人合成的一種有機金屬配合物20mg雖然在2個小時內將50mL濃度為4.0×10^-5mol/L亞甲基藍溶液降解基本完全，但產率只有51％。基于此，我們嘗試合成了一種有機金屬配合物，其結構式為Cd₂(MIDC)₂(1,3-bpp)，它合成簡單，產率高達81％，且50mg即能將100mL濃度為4.0×10^-5mol/L亞甲基藍溶液在120分鐘內降解基本完全。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有光催化活性的鎘有機配合物及其制備方法與應用，該鎘有機配合物主要用于廢水中有機染料的降解。

本發明提供的具有光催化活性的鎘有機配合物，其結構式為Cd₂(MIDC)₂(1,3-bpp)，其中，所述的MIDC代表2-甲基-1H-咪唑-4，5-二羧酸根離子，所述的1,3-bpp代表1，3-二(4-吡啶)丙烷；該鎘有機配合物中存在一種晶體學上獨立的Cd²⁺離子，通過與其配體2-甲基-1H-咪唑-4，5-二羧酸和1，3-二(4-吡啶)丙烷形成具有三維框架結構的鎘有機配合物。該鎘有機配合物的晶體屬于單斜晶系，空間群為C2/c，晶胞參數β＝102.102(9)°，

本發明所述具有光催化活性的鎘有機配合物的制備方法，具體制備步驟如下：

將2-甲基-1H-咪唑-4，5-二羧酸、1，3-二(4-吡啶)丙烷配體和鎘鹽加入到內襯為聚四氟乙烯的不銹鋼反應釜中，再加入乙醇和水的混合溶劑，攪拌至充分溶解得到反應液，在溫度為80℃～110℃下反應48小時～72小時；反應完畢自然冷卻至室溫，得到白色塊狀晶體，抽濾分離、洗滌，在室溫下蒸發至干，即可得鎘有機配合物Cd₂(MIDC)₂(1,3-bpp)。

所述的鎘鹽是四水硝酸鎘或二水乙酸鎘；

所述反應液中鎘鹽含量為0.02mol～0.03mol/L，鎘鹽與2-甲基-1H-咪唑-4，5-二羧酸的摩爾比是1：0.5～2；鎘鹽與1，3-二(4-吡啶)丙烷的摩爾比是1：0.25～1；

所述混合溶劑中水與乙醇的體積比為1：0.5～1.5。

將本發明所述鎘有機配合物用作光催化降解廢水中亞甲基藍的催化劑，具體步驟如下：

1)將100mL濃度為4.0×10^-5mol/L的亞甲基藍溶液置于玻璃燒杯中，稱取50mg制備的鎘鎘有機配合物分散其中。避光磁力攪拌半小時后使亞甲基藍在催化劑表面達到吸附-脫附平衡，得到混合體系。

2)將上述混合體系用氙燈300W紫外光進行照射，定時取樣離心分離得上清液并用紫外光度計對溶液中亞甲基藍進行測試。用Lambda365紫外可見分光光度計檢測，光照連續反應120分鐘亞甲基藍基本降解完全。