本技术涉及一种可控形貌的石墨炔类二维金属有机框架材料及其制备方法和应用。通过在溶剂热条件下,使用-C≡C-C≡C-功能化的羟基配体与过渡金属离子进行配位反应,制备出高性能的二维金属有机框架材料。
背景技术
由于现代工业对化石燃料的大量利用,生态环境问题和能源危机引起了人们的极大关注。阳能是一种清洁、安全、取之不尽、用之不竭的能源,因此利用太阳能代替化石燃料太减少废气排放已成为一种很有前景的策略。到目前为止,已经报道了一些将太阳能转化为电能、热能和化学能的技术。
自Fujishima于1972年首次报道TiO2
作为半导体用于光催化水裂解制氢以来,水的光催化制氢因其以下优势引起了人们的强烈兴趣:1)水是地球上最丰富、最清洁的资源;2)氢气燃烧后会再次生成水,既能提供高能量又环保;3)氢能的广泛利用将为地球文明的可持续发展建立在阳光和适当催化剂存在下的简单高效的能源循环。然而,寻找高效的光分解水的催化剂是一个关键因素。光催化制氢中常用的非均相半导体催化剂有TiO2
、CdS、BiVO4
、Ta3
N5
、g-C3
N4
等,但无机半导体本身固有的缺陷导致其光催化性能相对有限。
金属有机框架化合物(MOFs)是一种多孔的晶态材料,由金属中心和多齿有机配体通过配位键形成开放的网络结构。与传统多孔材料(如沸石、介孔二氧化硅和活性炭)相比,MOFs具有孔隙率高、比表面积大、结构明确和高度可调等独特优势,在吸附、分离、磁性、储氢、催化、电容器和分子识别等领域引起了许多科学家的关注和研究。近年来,MOFs及其衍生物以其独特的结构和物理化学性质在光电化学能量转换中的应用备受关注。
然而,传统MOFs的有限的活性位点不可避免地限制了其在光催化上的应用。二维金属有机框架(2D-MOF)由含有多齿邻位取代官能团(如-NH2
、-OH、-SH或-SeH)的共轭有机配体与过渡金属离子(如Cu2+
、Co2+
、Ni2+
)在二维平面上配位形成具有π-d共轭的网络结构,促进了强的面内共轭和弱的面外π-π堆叠相互作用,从而提供了有效的电子传递路径。2D-MOF具有高的表面体积原子比和丰富的表面修饰位点,有助于减少扩散屏障,促进反应物与活性位点的接触,加速传质和电荷传递。然而,2D-MOF的结晶性及形貌结构对其电化学性能起着关键的作用,目前,制备形貌可控、功能丰富的高结晶性2D-MOF仍面临着挑战。
实现思路