一种高效光催化纯甲酸分解制氢催化剂的制备方法技术

本发明专利技术属于光催化甲酸分解制氢技术领域，提供了一种高效光催化纯甲酸分解制氢催化剂及其制备方法，主要涉及一种基于共价三嗪有机骨架的非贵金属复合光催化材料Cu@Bpt

【技术实现步骤摘要】
一种高效光催化纯甲酸分解制氢催化剂的制备方法


[0001]本专利技术属于光催化甲酸分解制氢领域，具体涉及一种光催化纯甲酸分解制氢催化剂的制备方法。

技术介绍

[0002]目前，全球能源局势十分严峻，能源短缺与环境污染对人类的生活造成了巨大的影响。而在当前的能源领域内，清洁、高效、可持续的能源成为了目前研究的热点，氢能的开发无疑是热点中的焦点。但安全高效的储氢技术是氢能应用领域的一大瓶颈。液体有机小分子(LOHCs)是一种极具发展潜力的新型储氢材料。其中，甲酸因其资源丰富、低毒、不可燃、稳定性好等优点，是理想的储氢材料。除此之外，甲酸分解可以仅产生H2和CO2，而CO2又可以加氢制备甲酸，从而实现碳中和储氢过程。
[0003]作为共价有机骨架材料的一种子类，共价三嗪框架材料CTFs凭借其高催化活性、高选择性、高稳定性、高量子产率、易于调整能带结构及具有可精调的孤立活性位点等优点有望成为一类性能卓越的新型有机半导体多孔材料。二维共价有机框架CTFs具有优异的晶体结构和丰富的孔道，其孔道为小分子物质吸附、扩散和反应提供了良好的条件，同时，π
‑
π堆砌的芳基官能团可促进光生载流子的分离、扩散和迁移。因此，如何以CTFs为基础，通过在其表面引入催化活性位点，构筑一种兼具高比表面积、多孔结构、光响应性能及高活性的光催化材料至关重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种共价三嗪有机骨架材料Cu@Bpt
‑
CTF的制备方法，在气固相反应模式下，具有优异的光催化甲酸分解产氢性能。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种共价三嗪有机骨架材料Cu@Bpt
‑
CTF的制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1，以1,3
‑
双(4
‑
氰基苯基)硫脲(Bpt)为单体，采用熔融盐催化法制备含硫脲官能团的三嗪基2D
‑
CTF材料(Bpt
‑
CTF)，具体为：
[0008]步骤1.1：称取定量氯化钠：氯化钾：氯化锌(质量比1∶2∶5
‑
1∶2∶7)和Bpt单体；
[0009]步骤1.2：将步骤1.1称取的固体在无水无氧手套箱中混合均匀研磨25min，得到均匀的白色粉末状固体；
[0010]步骤1.3：将步骤1.2中得到的产物放入Pyrex管中，抽真空后将管火焰密封；
[0011]步骤1.4：将步骤1.3的Pyrex管在200
‑
300℃范围内以5℃min
‑1的加热速度煅烧24h，然后冷却至室温；
[0012]步骤1.5：将步骤1.4反应结束的产物用三氟甲磺酸洗涤并超声分散在去离子水中；
[0013]步骤1.6：将步骤1.5反应结束的产物在0℃下冷冻干燥24h，得到含有硫脲官能团的三嗪基Bpt
‑
CTF材料；
[0014]步骤2，应用Cu(NO3)2为Cu源，对Bpt
‑
CTF材料进行配位锚定，得到含有金属锚定的共价三嗪有机骨架材料Bpt
‑
CTF
‑
Cu，具体为：
[0015]步骤2.1：称取Cu(NO3)2并溶解在盛有去离子水的圆底烧瓶中，超声处理直至获得澄清溶液；
[0016]步骤2.2：将步骤1制成的含硫脲官能团的三嗪基2D
‑
CTF材料(Bpt
‑
CTF)加入步骤2.1的圆底烧瓶中，超声处理以保证Bpt
‑
CTF完全分散；
[0017]步骤2.3：将步骤2.2反应结束的产物在50℃下搅拌24h；
[0018]步骤2.4：将步骤2.3反应结束的产物进行过滤处理；
[0019]步骤2.5：将步骤2.4中得到的产物干燥，得到Bpt
‑
CTF
‑
Cu。
[0020]步骤3，在密闭光催化容器内，对得到含有金属锚定的共价三嗪有机骨架材料Bpt
‑
CTF
‑
Cu滴入微量甲酸(20
‑
60微升)，然后可见光照射固体催化剂1小时，然后用去离子水洗涤过滤并真空干燥得光催化材料Cu@Bpt
‑
CTF。
[0021]进一步地，如权利要求1所述的一种共价三嗪有机骨架光催化材料Cu@Bpt
‑
CTF的制备方法，其特征在于，步骤1.1所述熔融盐催化聚合过程用的熔融盐的比例以及与硫脲单体Bpt的混合比例且步骤1.2所述研磨过程需在无水无氧手套箱中进行。
[0022]进一步地，如权利要求1所述的一种共价三嗪有机骨架光催化材料Cu@Bpt
‑
CTF的制备方法，其特征在于，步骤1.4所述在Pyrex管中，200
‑
300℃范围内以5℃
·
min
‑1的加热速度煅烧6
‑
24h。
[0023]进一步地，如权利要求1所述的一种共价三嗪有机骨架光催化材料Cu@Bpt
‑
CTF的制备方法，其特征在于，步骤2.2
‑
2.5所述负载金属铜原子过程需在氮气保护下在50℃的温度下搅拌24h并过滤洗涤干燥。
[0024]进一步地，如权利要求1所述的一种共价三嗪有机骨架光催化材料Cu@Bpt
‑
CTF的制备方法，其特征在于，步骤3所述甲酸氛围下原位光催化制备Cu催化位点CTF光催化材料的制备过程。
[0025]与现有技术相比，本专利技术可以获得包括以下技术效果：
[0026]1)本专利技术提供的制备方法利用简单的熔融盐催化法，成功合成了一种含有硫脲官能团的三嗪共价有机骨架材料Bpt
‑
CTF，反应条件温和，合成工艺简单易于实现；
[0027]2)与传统的共价三嗪光催化材料相比，本专利技术的硫脲基三嗪基二维共价有机骨架材料是一个极性结构，可以让光生载流子分离产生空穴和电子，空穴往硫脲基移动，电子往三嗪基团移动，能更加容易实现面内电子与空穴的分离，从而提高催化剂的光解甲酸产氢效率，可以作为新一类的高效光催化制氢材料；
[0028]3)本专利技术提供的制备方法得到的共价三嗪有机骨架光催化材料Cu@Bpt
‑
CTF，可简单构筑多价态Cu位点的光催化复合材料。
[0029]4)与传统的贵金属掺杂相比，本专利技术使用铜金属成本更低；
[0030]5)本专利技术提供的制备方法以Cu(NO3)2为Cu源，对有机骨架材料CTF进行了功能修饰，其中铜催化中心具有双重作用：一个电子受体二价铜离子促进光电子转移并用于还原质子氢离子到氢气，一个空穴受体亚铜离子，选择性地将碳酸氢根离子氧化成二氧化碳，进而完成整个的光催化甲酸分解产氢过程。
附图说明
[0031]图1是本专利技术一种高效光催化纯甲酸分解制氢催化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种共价三嗪有机骨架光催化材料Cu@Bpt
‑
CTF的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，以1,3
‑
双(4
‑
氰基苯基)硫脲(Bpt)为单体，采用熔融盐催化法制备含硫脲官能团的三嗪基2D
‑
CTF材料(Bpt
‑
CTF)，具体为：步骤1.1：称取定量氯化钠：氯化钾：氯化锌(质量比1∶2∶5
‑
1∶2∶7)和Bpt单体；步骤1.2：将步骤1.1称取的固体在无水无氧手套箱中混合均匀研磨25min，得到均匀的白色粉末状固体；步骤1.3：将步骤1.2中得到的产物放入Pyrex管中，抽真空后将管火焰密封；步骤1.4：将步骤1.3的Pyrex管在200
‑
300℃范围内以5℃
·
min
‑1的加热速度煅烧24h，然后冷却至室温；步骤1.5：将步骤1.4反应结束的产物用三氟甲磺酸洗涤并超声分散在去离子水中；步骤1.6：将步骤1.5反应结束的产物在0℃下冷冻干燥24h，得到含有硫脲官能团的三嗪基Bpt
‑
CTF材料；步骤2，应用Cu(NO3)2为Cu源，对Bpt
‑
CTF材料进行配位锚定，得到含有金属锚定的共价三嗪有机骨架材料Bpt
‑
CTF
‑
Cu，具体为：步骤2.1：称取Cu(NO3)2并溶解在盛有去离子水的圆底烧瓶中，超声处理直至获得澄清溶液；步骤2.2：将步骤1制成的含硫脲官能团的三嗪基2D
‑
CTF材料(Bpt
‑
CTF)加入步骤2.1的圆底烧瓶中，超声处理以保证Bpt
‑
CTF...

【专利技术属性】
技术研发人员：王林，刘凌皓，聂文超，祝琳青，王璐，徐元康，范壮军，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：