[發(fā)明專利]一種共價(jià)有機(jī)框架材料及其制備方法和用途

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110357978.3
• 申請(qǐng)日: 2021-04-01
• 公開（公告）號(hào): CN113061221B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾高峰;郭雨;徐慶;孫予罕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海高等研究院
• 主分類號(hào): C08G12/08
• 分類號(hào): C08G12/08;C25B11/085;C25B1/30
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所(普通合伙) 31219
• 代理人: 高燕;許亦琳

本發(fā)明提供一種共價(jià)有機(jī)框架材料及其制備方法和用途，所述共價(jià)有機(jī)框架材料具有如式Ⅰ所示的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中的共價(jià)有機(jī)框架材料直接電化學(xué)合成雙氧水催化劑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、性能優(yōu)異、可重復(fù)性好，從而在保證催化活性的前提下，提高生產(chǎn)雙氧水的選擇性和產(chǎn)率；且其制備方法工藝簡單、成本低、可控性好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及共價(jià)有機(jī)框架材料領(lǐng)域，特別是涉及一種共價(jià)有機(jī)框架材料及其制備方法和用途。

背景技術(shù)

雙氧水是一種廣泛應(yīng)用于化工和廢水處理的環(huán)境友好型氧化劑，也是生產(chǎn)環(huán)氧丙烷的潛在能量載體。商業(yè)上，它是通過復(fù)雜而昂貴的蒽醌工藝生產(chǎn)的。因此，發(fā)展更有效和更環(huán)保的雙氧水生產(chǎn)過程是很有意義的。使用鈀基催化劑，由H₂和O₂直接合成雙氧水具有簡單和綠色的優(yōu)點(diǎn)，但由于H₂/O₂混合物具有高爆炸性，目前尚不能用于工業(yè)生產(chǎn)。

相比之下，通過電化學(xué)氧還原反應(yīng)(ORR)將水和氧氣直接合成雙氧水是一種很有前途的方法，具有成本低、效率高、安全、清潔的特點(diǎn)。為了獲得高產(chǎn)率的雙氧水，人們提出了各種碳負(fù)載電化學(xué)催化劑，包括貴金屬材料、過渡金屬單原子(M-N-C)催化劑和無金屬催化劑。然而,碳基材料,如碳納米管、石墨烯衍生物和非晶多孔碳，大多是由后修飾的或多孔聚合物熱解得到,導(dǎo)致形成不可控的多孔結(jié)構(gòu)或無序的雜原子摻雜位點(diǎn)，限制了生產(chǎn)雙氧水的選擇性和效率。

因此，亟需研發(fā)一種具有清晰骨架、可調(diào)孔隙率和有序單分散活性位點(diǎn)的電化學(xué)合成雙氧水的催化劑，以滿足直接電化學(xué)合成雙氧水的需要。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種共價(jià)有機(jī)框架材料及其制備方法和用途，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中合成雙氧水成本高、工藝復(fù)雜、安全性低的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明是通過包括以下技術(shù)方案獲得的。

本發(fā)明提供一種共價(jià)有機(jī)框架材料，所述共價(jià)有機(jī)框架材料具有如式Ⅰ所示的結(jié)構(gòu)，

式Ⅰ：

式Ⅰ中M選自2H，Mg，F(xiàn)e和Co中的一種或幾種。

當(dāng)M為2H時(shí)，式Ⅰ化合物為5,10,15,20-四(4-氨基苯基)卟啉。

根據(jù)上述所述的共價(jià)有機(jī)框架材料，其是由式Ⅱ和式Ⅲ為原料合成的共價(jià)有機(jī)框架材料，

式Ⅱ：

式Ⅲ：

其中，式Ⅱ中M選自2H，Mg，F(xiàn)e和Co中的一種或幾種。

根據(jù)上述所述的共價(jià)有機(jī)框架材料，式Ⅱ化合物和式Ⅲ化合物參與反應(yīng)的摩爾比為1：2。

本發(fā)明還公開了如上述所述共價(jià)有機(jī)框架材料的制備方法，包括如下步驟：

1)式Ⅱ化合物和式Ⅲ化合物分散在正丁醇和鄰二氯苯中，進(jìn)行溶劑熱合成反應(yīng)；

2)反應(yīng)結(jié)束后提取干燥，得到黃色固體材料即為所述共價(jià)有機(jī)框架材料。

根據(jù)上述所述的制備方法，步驟1)中，加入酸溶液作為反應(yīng)的催化劑，加入量為催化量。所述酸為醋酸。醋酸水溶液的濃度為1～5mol/L，如可以為1mol/L、2mol/L、3mol/L、4mol/L和5mol/L。

根據(jù)上述所述的制備方法，式Ⅱ化合物和式Ⅲ化合物的摩爾比為1：2。

根據(jù)上述所述的制備方法，溶劑為正丁醇和鄰二氯苯的混合物。正丁醇和鄰二氯苯的體積比為1：(0.1～10)。

根據(jù)上述所述的制備方法，混合時(shí)采用超聲處理。優(yōu)選地，所述超聲處理時(shí)采用的功率為200～800W。