一种原子级分散金属Ni配位富氮碳基骨架及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种原子级分散金属Ni配位富氮碳基骨架及其制备方法和应用。常温常压条件下，通过在富氮碳基骨架上锚定单原子分散金属镍形成光催化剂，经连续搅拌与退火处理对该聚合物上的金属负载量进行调控以优化配位结构，形成一种原子级分散金属Ni配位富氮碳基骨架，分散在CTFs中的单原子分散Ni通过化学键大大加速电荷分离，从而显著提高光催化活性，对典型染料、酚类、二苯甲酮类紫外吸收剂及药物显现出优异的吸附和光催化降解性能，且可通过调节Ni的载入量对其吸附和光催化性能进行调控。本发明专利技术的合成方法环境友好，对各类污染物均具有可观的光催化降解性能，使用后的CTFs可收集回用，能够用于环境污染修复、制药、化工等领域。领域。领域。

【技术实现步骤摘要】
一种原子级分散金属Ni配位富氮碳基骨架及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于材料制备领域，尤其涉及一种原子级分散金属Ni配位富氮碳基骨架及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，光催化降解技术作为一种新兴的高级氧化技术，因其在降解和矿化例如有机染料、酚类及农药等难降解有机化合物方面的有效性以及利用太阳紫外和可见光的可能性而受到广泛关注。富氮碳基骨架(CTFs)对可见光具有优异的吸收能力，同时具有较好的化学稳定性，这些性质赋予CTFs在分离和储存、储能、光催化和多相催化等各种应用中具有许多独特的优势。然而，CTFs材料仍存在众多局限性，比如吸附能力有限，缺乏光催化活性位点，不利于难降解有机物的去除。通过加载金属至CTFs材料以提高材料的吸附及光催化性能颇具发展潜力。最近，单原子催化剂(SAC)的设计理念逐渐成为催化材料领域的研究前沿，与传统金属纳米团簇不同，SAC中的金属以原子分散的形式支撑在材料表面，单个金属原子与载流子之间形成特定的配位关系，呈现出独特的电子结构。通过配位，CTFs特定的物化性质和电子结构可以调节锚定金属的催化活性，同时金属也反过来影响CTFs固有的光催化活性。
[0003]中国专利CN111569942A公开了一种表面限域单分散Pt纳米颗粒的共价三嗪有机骨架复合光催化剂及其制备方法和应用，但其选用贵金属Pt作为锚定金属，经济成本较高，且制备过程煅烧温度达到400℃。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种原子级分散金属Ni配位富氮碳基骨架及其制备方法和应用，通过在CTFs上锚定原子级分散Ni实现材料优化，通过形成稳定的配位结构，提高该材料的可见光吸收能力，同时单原子Ni作为光催化反应的活性中心有助于增强CTFs的吸附性能和光催化性能，使其能够被应用于水体中的各类污染物的净化
[0005]为使单原子Ni均匀分散在在CTFs上，本专利技术采用一种新思路：首先利用超声提高Ni
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CTFs的分散程度，一定程度上减小CTFs粒径；再连续搅拌溶液，使得 CTFs充分浸渍于氯化镍溶液中，进一步提高分散程度，并产生金属
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配体间配位，再用水浴蒸干后经管式炉高温煅烧，活化金属Ni，使其成为光催化活性中心。
[0006]一种原子级分散金属Ni配位富氮碳基骨架，由富氮碳基骨架CTFs作为基底，原子级分散金属Ni作为光催化反应活性中心锚定在CTFs上，CTFs的尺寸为1～5μm，CTFs与金属镍的质量比为1～10:1。
[0007]一种原子级分散金属Ni配位富氮碳基骨架的制备方法，将CTFs分散于镍源中，连续搅拌得到Ni
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CTFs混合溶液，再经水浴搅拌蒸干，最后退火处理制得所述的原子级分散金属Ni配位富氮碳基骨架。
[0008]进一步地，所述镍源为氯化镍，由于氯化镍是路易斯酸，在部分情况下有催化作用。
[0009]进一步地，连续搅拌过程在超声且常温常压下完成，目的是提高Ni
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CTFs 的分散程度，增加Ni负载的均匀度。
[0010]进一步地，氯化镍水溶液的浓度控制在1～5mg/mL，优选为2.5mg/mL，混合后CTFs浓度控制在4～6mg/mL，优选为5mg/mL。
[0011]进一步地，水浴搅拌蒸干的温度为60～90℃，优选为80℃；退火处理在氩气气氛保护下进行，温度为150～250℃，优选为180℃，退火时间为1～3h，优选为2h。
[0012]进一步地，所述CTFs由对苯二甲腈和吡啶二甲腈以摩尔比1:1聚合而成，具体过程如下：于Ar气氛保护下且0℃条件下，向摩尔比为1:1的对苯二甲腈和吡啶二甲腈的混合物中加入三氟甲磺酸并搅拌1.5h，再于90～120℃恒温保持20 min，得到暗红色固态物质；用研钵研磨固态物质后，分别经乙醇和水洗涤3次， 60～80℃烘干，即得到所述富氮碳基骨架CTFs。
[0013]一种原子级分散金属Ni配位富氮碳基骨架在吸附
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光催化降解污染物中的应用，污染物包括染料、酚类、二苯甲酮类紫外线吸收剂或药物。
[0014]本专利技术提供一种将原子Ni均一分散于CTFs上的方式，作为既能优化吸附又能提升光催化性能的新型材料，实施使用中该复合材料具有以下优势：
[0015]1)与传统的光催化剂相比，本专利技术的原子级分散金属Ni配位富氮碳基骨架制备过程相对简单，同时通过调节CTFs在氯化镍中的浸渍浓度，材料的催化速率得以被调控；
[0016]2)与传统的光催化剂相比，本专利技术的原子级分散金属Ni配位富氮碳基骨架将金属Ni锚定控制在原子级，最大化原子利用效率，避免只有表面纳米颗粒参与光催化过程，并占据原CTFs比表面积，使得光催化活性进一步提升；
[0017]3)与传统光催化剂相比，该材料对水体中难降解有机污染物的普适性强，对染料、酚类、二苯甲酮类紫外吸收剂以及药物类均有可观的吸附和光催化降解优势，研究发现，该吸原子级分散金属Ni配位富氮碳基骨架能以较高速率吸附并光催化降解各类污染物；
[0018]3)由于本专利技术的原子级分散金属Ni配位富氮碳基骨架具备同时优化吸附和光催化的优异性能，对污染物处理效率高，对化学催化和环境修复等领域的应用有一定潜力。
附图说明
[0019]图1为实施例2制得的复合材料的电镜扫描图；
[0020]图2为实施例4制得的复合材料的电镜扫描图。
具体实施方式
[0021]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步阐述。除特殊说明，本专利技术中试剂或原料，均为市售产品。
[0022]以下实施例中，氯化镍溶液的制备方法均为：将氯化镍六水合物(NiCl2·
6H2O) 分散于水中，配制不同浓度的氯化镍的水溶液。
[0023]当然，该氯化镍溶液和CTFs的制备方法只是本专利技术的优选方式，且各参数可以根据实际需要进行调整。氯化镍溶液也可以采用现有技术中的其他镍源溶液。
[0024]本专利技术的原子级分散Ni锚定CTFs是通过超声分散，连续搅拌和水浴蒸干后高温退火制得。CTFs在氯化镍溶液中均匀分散后，Ni
2+
和CTFs上的不饱和位点形成配位，使Ni原子锚定在CTFs上。具体实施例如下：
[0025]实施例1
[0026]本实施例中，制备原子级分散金属Ni配位富氮碳基骨架的具体步骤如下：
[0027](1)分别将4mmol对苯二甲腈和4mmol吡啶二甲腈加入石英瓶，在Ar气氛保护下，0℃冰水浴中，将5mL三氟甲磺酸缓慢加入石英瓶，并保持连续搅拌1.5h，得到均一黄色粘稠溶液；
[0028](2)搅拌结束，将石英瓶快速转移至烘箱，100℃保持20min，得到暗红色固态物质，将该固态物质研磨后，分别用乙醇和水洗涤各三次；
[0029](3)然后将洗涤后的材料转移至烘箱，60℃烘干1d得到棕黄色粉末，再次用研钵研磨，得到富氮碳基骨架(CTFs)；
[0030](4)将1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原子级分散金属Ni配位富氮碳基骨架，其特征在于由富氮碳基骨架CTFs作为基底，原子级分散金属Ni作为光催化反应活性中心锚定在CTFs上。2.如权利要求1所述的一种原子级分散金属Ni配位富氮碳基骨架，其特征在于所述CTFs的尺寸为1～5μm。3.如权利要求1或2所述的一种原子级分散金属Ni配位富氮碳基骨架，其特征在于所述CTFs与金属镍的质量比为1～10:1。4.一种如权利要求3所述的原子级分散金属Ni配位富氮碳基骨架的制备方法，其特征在于将CTFs分散于镍源中，连续搅拌得到Ni
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CTFs混合溶液，再经水浴搅拌蒸干，最后退火处理制得所述的原子级分散金属Ni配位富氮碳基骨架。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于所述镍源为氯化镍。6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于连续搅拌过程在超声且常温常压下完成。7.如权利要求5所述的制备方法，其特性在于氯化镍水溶液的浓度控制在1～5mg/mL，优选为2....

【专利技术属性】
技术研发人员：沈意，杨靖依，朱超，许俊杰，刘莎莎，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：