[发明专利]一种基于金属卟啉的共价有机框架材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及电催化氧还原技术领域，具体涉及一种基于金属卟啉的共价有机框架材料及其制备方法与应用。基于金属卟啉的共价有机框架材料结构如式Ⅰ所示：本发明合成的基于金属卟啉的共价有机框架材料，结晶性好，化学稳定性好，可直接作为电催化氧还原反应的催化剂；与商业铂碳催化剂相比，本发明合成的基于金属卟啉的共价有机框架材料不含贵金属，成本较低；本发明制备的基于金属卟啉的共价有机框架材料有良好的电催化氧还原催化性能。

技术领域

本发明涉及电催化氧还原技术领域，具体涉及一种基于金属卟啉的共价有机框架材料及其制备方法与应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

燃料电池是通过电化学反应将化学能转化成电能的发电设备，其高效环保，有广阔的应用前景。氧还原反应(ORR)是燃料电池的阴极过程，由于其动力学过程缓慢，严重制约着燃料电池的应用。商业铂碳是高效的ORR催化剂，但铂资源稀少且价格昂贵。发展价格低廉且高效的ORR催化剂是燃料电池面临的重大问题。

共价有机框架材料(COFs)是一种新型的晶态多孔材料，具有较大的比表面，规则的孔道结构，孔道尺寸可调控，而且可以通过单体设计，掺杂杂原子和负载金属原子。COFs在电催化方面有巨大的应用前景，需要充分发挥COFs材料的优势，开发更多基于COFs材料的ORR催化剂。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种基于金属卟啉的共价有机框架材料及其制备方法与应用，本发明采用含有钴卟啉和四苯基乙烯结构的有机单元连接得到基于金属卟啉的共价有机框架，其具有较好的结晶性以及良好的化学稳定性。由于钴卟啉和有机单元的引入，本发明得到的基于金属卟啉的共价有机框架可直接作为电催化ORR催化剂，并展现出良好的催化性能。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下所述：

在本发明的第一方面，提供一种基于金属卟啉的共价有机框架材料，其结构如式Ⅰ所示：

在本发明的第二方面，提供一种第一方面所述基于金属卟啉的共价有机框架材料的制备方法，所述制备方法为以5,10,15,20-四(对氨基苯基)钴卟啉和4',4”,4””',4”””'-(乙烯-1,1,2,2-四基)四基{[(1,1'-联苯)-4-甲醛]}为反应单体，通过席夫碱反应缩合生成基于金属卟啉的共价有机框架材料Co-TP-COF，结构式如式Ⅰ所示。

具体地，所述制备方法步骤如下：向5,10,15,20-四(对氨基苯基)钴卟啉和4',4”,4””',4”””'-(乙烯-1,1,2,2-四基)四基{[(1,1'-联苯)-4-甲醛]}中依次加入邻二氯苯和二氧六环，再加入醋酸水溶液，经过冷冻-抽真空-解冻三次循环后，封管加热，冷却至室温后，洗涤并提取，最后得到Co-TP-COF。

在本发明的第三方面，提供一种第一方面所述基于金属卟啉的共价有机框架材料在电催化氧还原方面的应用。

本发明的具体实施方式具有以下有益效果：

1、本发明合成的基于金属卟啉的共价有机框架材料，结晶性好，化学稳定性好，可直接作为电催化氧还原反应的催化剂；

2、与商业铂碳催化剂相比，本发明合成的基于金属卟啉的共价有机框架材料不含贵金属，成本较低；

3、本发明制备的基于金属卟啉的共价有机框架材料有良好的电催化氧还原催化性能。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。