本技术介绍了一种新型三组分酰腙键共价有机框架材料(COFs),该材料具备有序的各向异性平铺和形状独特的孔隙结构,显著提升了多孔有机材料在光催化全分解水领域的应用潜力。
背景技术
进入21世纪之后能源短缺和环境污染问题越来越受到人们的重视。为了解决这两个问题,人们开始探究使用太阳能等清洁可再生能源来代替化石能源以实现人类社会的绿色可持续发展。光催化分解水制H2
和H2
O2
是一种实现太阳能高效利用的方式,其关键在于找到合适的光催化剂。然而,当前大部分光催化剂的应用受到了光生载流子复合、吸收光谱范围狭窄以及长期光稳定性不佳等问题的限制,难以真正实现实际应用。对应于光催化领域,COFs拥有的大比表面积使其有更多的位点进行催化反应,强共价键使其拥有良好的化学稳定性和热稳定性。COFs在光催化领域拥有上述诸多优点,因而探究COFs的合成及其光催化全分解水性能,对解决环境污染和能源短缺问题是非常有意义的。
本发明研究发现,三组分COFs通过产生有序的各向异性平铺和形状异常但有序的孔隙,大大增强了骨架和孔隙的复杂性,实现COFs结构多样化,大大扩展了多孔有机材料的结构和功能的可设计性。此外,酰肼和醛通过共缩聚反应可以合成通过酰腙键连接的腙型COFs,通过酰腙键连接的COFs具有好的热稳定性和化学稳定性。腙型COFs的结晶度可以与含硼型COFs相媲美,但其对水不敏感,不会像含硼型COFs一样容易发生水解,而且酰腙键上的氮原子的存在为负载金属提供了大量位点,这使腙型COFs在光催化等诸多方面的应用拥有巨大的优势。
本发明制备的酰腙键连接的三组分共价有机框架材料具有优异的光电性质、宽光谱吸收、高电荷分离效率、高效催化反应位点和合适的带隙宽度与能带结构,满足光催化全分解水的热力学条件,能够在可见光照下将水催化分解为H2
和H2
O2
,对实现太阳能高效率利用进而减少化石能源使用具有深远的意义。
实现思路