[發明專利]一種共價有機框架材料的機械化學制備方法及應用

有效

• 申請號: 201811207815.1
• 申請日: 2018-10-17
• 公開（公告）號: CN109232588B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 蔡亞岐;呂宏洲;牛紅云
• 申請（專利權）人: 中國科學院生態環境研究中心
• 主分類號: C07D487/22
• 分類號: C07D487/22;C08G83/00;B01J31/06;B01J37/00;C02F1/30;C02F101/30;C02F101/34;C02F101/38
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本發明提供一種利用機械化學法合成高效光催化共價有機框架材料的方法。其技術方案是采用機械化學法，以三聚氰胺和2,4,6?三甲酰間苯三酚為原料，按照一定的摩爾比進行配料，利用行星式球磨設備，在室溫下通過濕法球磨得到粘稠狀漿料，將其清洗干燥后，即可制得穩定的共價有機框架材料。該法工藝簡單，研磨反應過程僅使用少量溶劑，不僅環保，而且降低生產成本，反應時間僅為水熱法的1/36，反應條件溫和可應用于大規模的生產。同時，制得的剝離薄片狀結構粉體材料在可見光下光吸收范圍寬，光生載流子的分離效率高，能快速分解水中有毒有機物，具有優異的處理有機廢水的性能，可多次重復利用，具有良好的工業應用前景。

技術領域

本發明屬于光催化材料技術領域，涉及一種機械化學法制備基于三聚氰胺和2,4,6-三甲酰間苯三酚共價有機框架光催化劑的方法和應用。

背景技術

隨著全球經濟的高速發展，不可再生能源的大量使用帶來的能源短缺和環境污染問題已經成為制約人類發展和影響社會進步的兩大世界性的難題。為了實現經濟的持續發展，尋找和開發綠色、環保的可持續發展新能源成為人類生存和發展亟待解決的重要課題。在現有眾多的新能源體系(比如風能、潮汐能、地熱能和太陽能)中，太陽能由于其廉價、無污染、能量大、普遍存在等優點，被人們認為是未來替代化石能源的最佳選擇。光催化技術是近年來迅速發展起來的利用太陽能進行能源轉化和環境凈化的環保技術，被譽為緩解因化石能源消耗所引起的能源危機和環境污染的綠色新途徑，其在能源和環境方面都有著非常廣闊的應用前景。光催化是利用光的驅動力將光能轉化成化學能，從而促進化學反應進行的過程。它的主要機理是光催化劑受到日光照射時，其內部低能量區的電子獲得能量被激發躍遷，催化劑內形成光生電子和光生空穴。水分子和光生空穴生成羥基自由基，氧氣和光生電子反應生成超氧陰離子。羥基自由基、超氧陰離子和光生空穴這三種活性氧化物質能將有機污染物降解為二氧化碳和水等小分子，從而達到環境凈化的目的。由于光催化技術利用的是廉價、清潔的太陽能，在將太陽能轉化為其他能量的過程中不會產生額外的污染，因此，光催化技術引起了世界各國科學研究者的廣泛關注。

常用的光催化劑主要有二氧化鈦(TiO2)，硫化鋅(ZnS)等氧化物、硫化物金屬半導體材料、非金屬化合物半導體材料(如：石墨化氮化碳)和近十幾年發展起來的金屬有機框架、共價有機框架材料等。其中共價有機框架材料(COFs)是由輕質元素C、N、O、B、Si等，通過強的C-N、C-B、C-Si、B-O等共價鍵形成高度有序堆積排列的結晶多孔材料。COFs材料不含金屬元素，所以比由金屬簇和有機單元形成的MOFs具有更小的密度，但仍具有MOFs高穩定性、孔徑可調控的特點。COFs因其明確的拓樸結構，在結構設計、功能化及構效關系等方面引人關注。此外COFs具有比表面積大、熱穩定性髙等優點，該材料己被應用于多個領域，如氣體的儲存和分離，用作光電材料、儲能材料，制備功能性COFs材料用于催化領域等。