具有光热转换性能的铁基MOFs材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种具有光热转换性能的铁基MOFs材料及其制备方法与应用，制备方法，包括如下步骤：铁源和吡啶卟啉有机配体按质量比为1:0.5

【技术实现步骤摘要】
具有光热转换性能的铁基MOFs材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及光热转换与光热催化
，具体涉及一种具有光热转换性能的铁基MOFs材料及其制备方法与应用，该催化剂可应用于光驱动光热协同催化二氧化碳与环氧化合物环加成反应生产环状碳酸酯。

技术介绍

[0002]这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。
[0003]化石能源的大量消耗引起了二氧化碳在大气中的积累，引发了全球变暖、海平面上升以及极端天气等一系列环境问题。通过与环氧化合物的环加成反应将废弃的二氧化碳转化为高价值的化学品是一种有效地利用二氧化碳的方式，该方式符合原子经济，无任何副产物的生成，且产物环状碳酸酯是一种十分重要的化工原料，具有较高的经济价值。工业上该反应的条件通常是高温、高压，需要消耗大量的能量且反应过程有安全隐患。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种具有光热转换性能的铁基MOFs材料及其制备方法与应用。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种具有光热转换性能的铁基MOFs材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]铁源和吡啶卟啉有机配体按质量比为1:0.5
‑
2混合后，在150
‑
200℃溶剂热反应2
‑
5天，即得；
[0008]所述吡啶卟啉有机配体为5,10,15,20
‑
四(4
‑
吡啶基)卟啉；
[0009]所述铁源选自二水合草酸亚铁、七水合硫酸亚铁、二茂铁或醋酸亚铁。
[0010]第二方面，本专利技术提供一种具有光热转换性能的铁基MOFs材料，由所述制备方法制备而成。
[0011]第三方面，本专利技术提供所述具有光热转换性能的铁基MOFs材料在光驱动光热协同催化二氧化碳与环氧化合物环加成反应生产环状碳酸酯中的应用。
[0012]上述本专利技术的一种或多种实施方式取得的有益效果如下：
[0013]制备的铁基MOFs材料在紫外、可见以及近红外光区内均具有良好的光学吸收能力，有着卓越的光热转换特性，能够吸收光能转换为热能，提升体系温度。且具有p型半导体特性，带隙位置较正，能够发生光催化反应。使得铁基MOFs材料能够在光照引发下，热催化与光催化二氧化碳环加成反应产生协同作用，表现出1+1>2的催化效应，在温和条件下即可获得优异的产率(在光照下，以FeTPyP为催化剂，产物碳酸丙烯酯的产率可达106.13mmol g
‑1h
‑1)。将太阳能引入该反应来代替传统反应中的热能，驱动反应在温和条件下进行是特别有意义的。
[0014]此外，本专利技术中制备的铁基MOFs材料具有良好的结构稳定性和性能稳定性，在五
个循环试验中性能没有明显损失且结构没有明显变化，能够作为潜在工业应用的催化剂。
附图说明
[0015]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0016]图1为本专利技术实施例1制备的FeTPyP的X射线粉末衍射(XRD)图谱及拟合XRD图谱；
[0017]图2为本专利技术实施例1制备的FeTPyP的扫描电子显微镜(SEM)图片及元素分布图；
[0018]图3为本专利技术实施例1制备的FeTPyP及配体H2TPyP的傅里叶红外(FT
‑
IR)光谱图；
[0019]图4为X射线光电子能谱(XPS),其中(a)为本专利技术实施例1制备的FeTPyP及配体H2TPyP的N
1s
的高分辨谱，(b)为本专利技术实施例1制备的FeTPyP的Fe
2p
的高分辨谱图；
[0020]图5为本专利技术实施例1制备的FeTPyP及配体H2TPyP的紫外可见漫反射光谱(DRS)图；
[0021]图6为本专利技术实施例1制备的FeTPyP的光电流密度响应图；
[0022]图7为本专利技术实施例1制备的FeTPyP的XPS价带谱图；
[0023]图8为本专利技术实施例1制备的FeTPyP及配体H2TPyP与空白对照的光热转换性能测试结果图；
[0024]图9为本专利技术实施例1制备的FeTPyP的稳定性试验结果图；
[0025]图10为本专利技术实施例1制备的FeTPyP在循环稳定性试验前后的XRD谱图；
[0026]图11为本专利技术实施例1制备的FeTPyP在循环稳定性试验前后的FT
‑
IR图；
[0027]图12为本专利技术实施例1制备的FeTPyP在循环稳定性试验前后的XPS图谱，其中(a)和(b)分别为N
1s
和Fe
2p
的XPS高分辨谱图。
[0028]图13为本专利技术实施例1制备的FeTPyP上不同条件下催化性能差异的直观示意图。
具体实施方式
[0029]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0030]第一方面，本专利技术提供一种具有光热转换性能的铁基MOFs材料的制备方法，包括如下步骤：
[0031]铁源和吡啶卟啉有机配体按质量比为1:0.5
‑
2混合后，在150
‑
200℃溶剂热反应2
‑
5天，即得；
[0032]所述吡啶卟啉有机配体为5,10,15,20
‑
四(4
‑
吡啶基)卟啉；
[0033]所述铁源选自二水合草酸亚铁、七水合硫酸亚铁、二茂铁或醋酸亚铁。
[0034]在一些实施例中，溶剂热反应使用的有机溶剂为N,N
’‑
二甲基甲酰胺，在该溶剂中吡啶卟啉具有较好溶解度，同时有较大极性且具有优异稳定性。
[0035]在一些实施例中，所述铁源为二茂铁，以其为铁源时产率最高，且性质稳定，价格便宜，原料易得。
[0036]在一些实施例中，铁源和吡啶卟啉有机配体的质量比为1:0.8
‑
1.2。
[0037]在一些实施例中，还包括将制备的铁基MOFs材料抽滤、洗涤、干燥的步骤。
[0038]优选的，所述洗涤采用的溶剂为乙醇、N,N
’‑
二甲基甲酰胺、氯仿或丙酮。
[0039]进一步优选的，先采用氯仿洗涤除去未反应完全的原料，再采用乙醇洗涤除去氯仿。
[0040]优选的，所述干燥为真空干燥。干燥条件为在50至100℃中烘干6至24小时；优选为60℃干燥12h。
[0041]第二方面，本专利技术提供一种具有光热转换性能的铁基MOFs材料，由所述制备方法制备而成。
[0042]第三方面，本专利技术提供所述具有光热转本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有光热转换性能的铁基MOFs材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：铁源和吡啶卟啉有机配体按质量比为1:0.5
‑
2混合后，在150
‑
200℃溶剂热反应2
‑
5天，即得；所述吡啶卟啉有机配体为5,10,15,20
‑
四(4
‑
吡啶基)卟啉；所述铁源选自二水合草酸亚铁、七水合硫酸亚铁、二茂铁或醋酸亚铁。2.根据权利要求1所述的具有光热转换性能的铁基MOFs材料的制备方法，其特征在于：溶剂热反应使用的有机溶剂为N,N
’‑
二甲基甲酰胺。3.根据权利要求1所述的具有光热转换性能的铁基MOFs材料的制备方法，其特征在于：所述铁源为二茂铁。4.根据权利要求1所述的具有光热转换性能的铁基MOFs材料的制备方法，其特征在于：铁源和吡啶卟啉有机配体的质量比为1:0.8...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘媛媛，张洪刚，黄柏标，王泽岩，王朋，郑昭科，程合锋，张倩倩，张晓阳，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：