一种Nafion@COF-316有机光催化剂CO2还原的制备制造技术

本发明专利技术提供一种新型Nafion@COF

【技术实现步骤摘要】
一种Nafion@COF
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316有机光催化剂CO2还原的制备


[0001]本专利技术涉及一种Nafion@COF
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316有机光催化剂CO2还原催化剂的制备方法以及光催化性能测试。

技术介绍

[0002]随着化石燃料的大量消耗，大气中的二氧化碳(CO2)浓度逐年递增，如何将CO2转化并加以利用变成了当今社会发展中亟待解决的关键问题之一。在众多CO2转化方法中，光催化由于无需二次能源的消耗被认为是最合理的CO2转化途径之一，而开发并设计出一种稳定、高效的CO2还原光催化剂往往是其关键所在。晶态多孔框架材料由于其优异的光吸收能力、较大的比表面积、可调的框架结构等优势在光催化CO2还原领域展现出了较大的应用价值。但是，晶态多孔框架材料在光催化的过程中往往因电子
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空穴对复合率高而造成较低的电子利用率并严重地影响了晶态多孔框架材料的光催化活性。为了解决上述问题，本文将晶态多孔框架材料孔道中装载具有电子传输能力的Nafion聚合物，以提高电子利用率和CO2还原活性。
[0003]Nafion聚合物是一种具有潜力的候选材料，在近几年得到了特别的关注。尤其是，Nafion聚合物因为其结构中氟离子有提高质子传导的作用。然而，纯Nafion聚合物没有可见光吸收能力，并且高温会导致失活。为了解决这些问题，我们希望能将Nafion聚合物装载在COF的孔道中起到协同作用，从而提高COF的光催化活性，并且孔道中的Nafion聚合物不会因此失活。共价有机框架材料(COFs)作为一种新型多孔晶态聚合物由于其坚固的共价连接方式、有序的孔道以及周期性的骨架结构被誉为前景极高的CO2还原催化剂之一。COFs具有突出的比表面积和气体吸附能力。并且COFs的孔道大小在微孔和介孔区域，作为晶态多孔结构材料，COFs同样具有突出的比表面积和气体吸附能力。COFs具有在水、有机溶剂和酸碱性条件下高稳定性的突出优势。另外，二维结构(2D)的COFs多由刚性共轭结构单体连接而成，分子具有大的平面共轭体系和层间强的π
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π作用，这种层内和层间的共轭作用有利于电荷的传输和材料对可见光的吸收。当前，COFs已成为新一类可见光响应的催化剂。COF
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316是一种非常有发展潜力的复合载体。因此，我们提出了用将Nafion聚合物装载到COF
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316孔道中，利用COFs和Nafion聚合物的协同作用，来提高质子传输能力，从而光催化剂的光催化活性。

技术实现思路
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[0004]本专利技术的目的是要解决现有的COF
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316电荷传输能力不佳的问题，从而提高电子转移能力，而提供一种Nafion@COF
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316有机光催化剂CO2还原光催化剂的制备方法。
[0005]本专利技术的一种Nafion@COF
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316有机光催化剂CO2还原光催化剂的制备方法是按以下步骤完成的：步骤一、在乙醇溶液中分散Nafion聚合物溶液，在超声频率为35
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45KHz的数控超声波清洗器上超声分散10min～20min后转移到搅拌速度为200r/min～300r/min磁力搅拌
器上搅拌5h～6h，得到分散均匀的Nafion标准溶液备用。再将干燥活化好的COF316置于史朗克管中，加入1，4
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二氧六环溶液和Nafion标准溶液，将装有样品的史朗克管放置到
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196℃的液态N2中进行快速冷冻处理，并经过四个冷冻
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抽气
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融化的过程以确保管内的空气排净。最后将史朗克管在真空的状态下密封处理温度为100℃～120℃条件下持续24h～48h再自然冷却至室温；常压过滤得到沉淀，先用1，4
‑
二氧六环溶液对沉淀物洗涤3次～4次，再用无水乙醇洗涤3次4次，80℃～120℃真空干燥12h～24h，得到Nafion@COF
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316有机光催化剂CO2还原光催化剂。所述步骤一中乙醇的体积与Nafion聚合物体积比为1mL:0.001mL～1mg:0.01mL；所述步骤一中COF
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316的质量与1，4
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二氧六环的体积比为1mg:0.01mL～1mg:0.05mL；所述步骤一中COF
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316的质量与Nafion标准溶液的体积比为1mg:0.01mL～1mg:0.05mL。
[0006]为考察一种Nafion@COF
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316有机光催化剂CO2还原光催化剂材料在可见光下催化二氧化碳还原效果，按以下方法对其可见光二氧化碳还原性能进行测试，测试过程如下：将制备好的复合物催化剂薄膜置于自制的光催化气固相CO2还原反应器中，并加入0.2mL蒸馏水，并保证蒸馏水在光催化反应过程中不会触碰到复合催化剂薄膜。向体系中通入水蒸气和CO2以除去空气，30分钟后关闭体系，开启光源后，光照条件下每隔1h进行采样，利用气相色谱仪(GC112A)进行分析，反应时长共计5h。
[0007]本专利技术的有益处效果为：本专利技术通过原位复合的方法，将Nafion聚合物装载到COF
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316孔道中，Nafion聚合物装载在COF的孔道中起到协同作用，从而提高COF的光催化活性，并且，由于COF
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316的包裹作用，又一定程度上减轻了Nafion聚合物的失活，从而综合提高复合物的光催化活性。本专利技术制备的Nafion@COF
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316有机光催化剂CO2还原光催化剂在300W氙灯照射下进行光催化二氧化碳还原反应。本专利技术制备的Nafion@COF
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316有机光催化剂CO2还原光催化剂在300W氙灯照射下一氧化碳产生速率可达到195.6μmol
·
g
‑1～201.3μmol
·
g
‑1。
附图说明
[0008]图1为一种Nafion@COF
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316有机光催化剂CO2还原光催化剂材料红外光谱图；图2为一种Nafion@COF
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316有机光催化剂CO2还原光催化剂材料可见光光催化二氧化碳还原速率图。
具体实施方式
[0009]下面结合具体的实施例对本专利技术作更详尽的说明，对本专利技术的适用范围无任何限制。
[0010]实施例1：本实施方式的一种Nafion@COF
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316有机光催化剂CO2还原光催化剂的制备方法是按以下步骤完成的：步骤一、在史朗克管中依次加入HHTP(30mg,0.0928mmol)，TFPN(27.6mg,0.138mmol)，2mL二氧六环，78μL三乙胺。将所得溶液超声处理30min，使其分散均匀。将装有样品的史朗克管放置到
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196℃的液态N2中进行快速冷冻处理，并经过四个冷冻
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抽气
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融化
的过程以确保管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Nafion@COF
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316有机光催化剂CO2还原光催化剂的制备方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：步骤一、在乙醇溶液中分散Nafion聚合物溶液，在超声频率为35
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45KHz的数控超声波清洗器上超声分散10min～20min后转移到搅拌速度为200r/min～300r/min磁力搅拌器上搅拌5h～6h，得到分散均匀的Nafion标准溶液备用。再将干燥活化好的COF
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316置于史朗克管中，加入1，4
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二氧六环溶液和Nafion标准溶液，将装有样品的史朗克管放置到
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196℃的液态N2中进行快速冷冻处理，并经过四个冷冻
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抽气
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融化的过程以确保管内的空气排净。最后将史朗克管在真空的状态下密封处理温度为100℃～120℃条件下持续24h～48h再自然冷却至室温；常压过滤得到沉淀，先用1，4
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二氧六环溶液对沉淀物洗涤3次～4次，再用无水乙醇洗涤3次4次，80℃～120℃真空干燥12h～24h，得到Nafion@COF
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316有机光催化剂CO2还原光催化剂。所述步骤一中乙醇的体积与Nafion聚合物体积比为1mL:0.001mL～1mg:0.01mL；所述步骤一中COF
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316的质量与1，4
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二氧六环的体积比为1mg:0.01mL～1mg:0.05mL；所述步骤一中COF
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316的质量与Nafion标准溶液的体积比为1mg:0.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凤鸣，高皓天，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：