[发明专利]一种具有光催化还原二氧化碳的金属有机框架的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有光催化还原二氧化碳的金属有机框架的制备方法，包括4‑甲酰基‑1(H)‑吡唑和吡咯在黑暗条件下反应一段时间后得到配体TPP；然后将配体TPP和一水合乙酸铜按一定化学计量比比例混合，在一定温度下采用水热合成法合成金属有机框架材料，该金属有机框架材料应用于催化二氧化碳还原。

技术领域

本发明属于光催化还原二氧化碳领域，具体涉及一种具有光催化还原二氧化碳的金属有机框架的制备方法。

背景技术

模仿植物中自然光合作用的整体光催化还原二氧化碳可以捕获和转化带有H₂O的温室CO₂成为增值产品，这在过去几年中引起了巨大的研究兴趣。除了在热力学上允许CO₂和H₂O进行半反应外，用于整体CO₂光还原的有效光催化剂还必须在许多动力学方面(例如反应物的吸附和活化，电荷的分离和转移以及随后的电荷利用)具有优越性。显然，控制这些复杂的动力学特性具有挑战性。对于传统的基于半导体的光催化剂，已经探索了一些策略来优化这些动力学行为，例如，异质组分掺入，刻面和缺陷工程以及形态调节。但是，这些策略通常受限于繁琐的合成程序和原子级控制的损失，从而阻碍了光催化性能的提高。

金属有机框架化合物(MOFs)亦称配位聚合物，其主要由含多齿的小分子配体与金属离子或金属簇通过自组装而形成周期性、多孔态、空间拓扑网络结构的晶体。MOFs材料作为一种新型功能性分子材料，与传统活性炭、沸石材料相比，具有以下优势：比表面积大、孔尺寸和骨架结构的多样、孔表面可修饰、以及具有不饱和的金属配位点等。金属有机骨架(MOFs)是一类多孔晶体材料，在气体存储，传感，催化等领域的各种应用中显示出巨大的潜力，对于在原子级上精确设计和定制功能结构的功能而言，它是一个优势。这些特征赋予MOFs独特的机会，可以有序地将光收集器，催化部位和高表面积整合在一起，并同时优化热力学和动力学，以有效地捕获和反应气态CO₂。考虑到这一想法，近来已经制造了几种基于光响应性有机配体的MOFs催化剂并将其用于CO₂光还原。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有光催化还原二氧化碳的金属有机框架的制备方法，其制备方法包括以下步骤：

S1：将100mL的丙酸加入到三颈烧瓶中，加热到50℃进行回流，然后往回流的三颈烧瓶中加入4-甲酰基-1(H)-吡唑搅拌20min，然后滴加加入吡咯搅拌反应30min，将溶液在黑暗中回流10h，其中4-甲酰基-1(H)-吡唑和吡咯的摩尔比1:1，然后将得到产物用丙酮洗涤，干燥得到配体TPP。

S2：将配体一定量的TPP和三乙胺加入到N,N-二甲基乙酰胺中(DMAc)，超声使其充分溶解，配置成溶液Ⅰ，然后将一定量的铜盐加入到装有去离子水的容器中，产生使其充分溶解，配制成溶液Ⅱ，然后将溶液Ⅰ缓慢滴加入溶液Ⅱ当中，将混合溶液移入高压反应釜，放入烘箱在80～100℃下反应两天，然后以0.2℃/min的降温速率程序降温至室温，过滤，用丙酮洗涤，在40℃下干燥得到该MOF材料。

作为优选方案，上述步骤S2中，加入配体TPP和铜盐的质量比例为1:0.5～1.1。

作为优选方案，上述步骤S2中加入配体TPP和三乙胺的质量体积比为0.4～0.6g：1mL。

作为优选方案，上述步骤S2中溶剂N,N-二甲基乙酰胺中(DMAc)和去离子水的体积比为10:1～2。

作为优选方案，上述步骤S2中所述的铜盐为一水合乙酸铜。

作为优选方案，上述所述的TPP的结构式为：

本发明具有如下有益效果：

(1)本发明所制备的有光催化还原二氧化碳的金属有机框架材料，采用一锅法制备，其制备方法简单、高效，有利于实现工业化生产。