一种用于光催化全解水的吡啶基COFs纳米片的制备

技术领域

本发明涉及一种用于光催化全解水的吡啶基COFs纳米片的制备。

背景技术

目前，能源危机与环境污染问题已在全球范围内不断蔓延，探索绿色新能源技术，调整能源结构已迫在眉睫。太阳能作为取之不尽的自然能源，其每秒钟照射到地球上的能量相当于500万吨煤燃烧产生的能量。光催化全解水就是模拟绿色植物光合作用，在催化剂的作用下以太阳能为驱动力实现将水分解为氢气和氧气，实现以氢能的形式储存并利用太阳能的过程。氢能在制备、存储和利用的工程中不再产生二次污染，是最为理想的环境友好型能源。因此光催化全解水是从根本上解决能源短缺和环境污染问题的有效方案之一。虽然利用传统半导体TiO

共价有机框架(COFs)作为新兴的有机半导体材料，其结构主要由C、N、O、B等轻元素通过可逆的共价键连接而成的呈周期性排列，是具有高结晶度和孔隙率的晶态多孔材料。COFs具有优异的溶剂稳定性和酸碱稳定性，可以在大多数苛刻条件下作为催化剂循环使用。此外，多孔及高比表面积的结构特征最大程度暴露了反应活性位点，缩短了光生电子到活性位点的传输距离，而且有利于底物的吸附和产物的逸出。更重要的是，COFs的能级和框架结构是可调控，根据反应需求调控骨架的结构单元及化学键，可实现靶向合成具有特定活性位点和能级结构的COFs结构。因此，近年来COFs被视为理想的光催化剂而被广泛研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于光催化全解水的吡啶基COFs纳米片的制备方法。

本发明的一种用于光催化全解水的吡啶基COFs纳米片的制备方法是按以下步骤完成的：

一、将1,3,5-三醛基间苯三酚、[2,2'-联吡啶]-5,5'-二胺、邻二氯苯、N,N-二甲基乙酰胺和含铂纳米粒子的N,N-二甲基乙酰胺胶体溶液组成的混合溶液依次加入10mL耐热玻璃管，超声处理10～15分钟后加入乙酸水溶液，在77K(液氮浴)中快速冷冻，并通过三次冻融循环进行脱气，在真空密封状态下120～150℃加热72～120小时，过滤并用N,N-二甲基乙酰胺、水和丙酮洗涤至滤液为无色，利用丙酮进行溶剂交换，在50℃下真空干燥24小时得到吡啶基COFs；

二、将步骤一中的吡啶基COFs分散在水中形成悬浊液，对其进行超声处理实现剥层，干燥以获得吡啶基COFs纳米片，将其用于光催化全解水生成氢气和氧气；

步骤一所述邻二氯苯和N,N-二甲基乙酰胺的体积比为1:3；

步骤一所述含铂纳米粒子的N,N-二甲基乙酰胺胶体溶液的浓度为2～3mg/mL；

步骤一所述铂纳米粒子与N,N-二甲基乙酰胺的体积比为11.4～81.3v/v％；

步骤二所述悬浊液的浓度为5～10mg/mL；

步骤二所述超声时间为30～60分钟；

步骤二所述干燥时间为12～24小时。

本发明的有益效果：

本发明通过原位法将铂纳米粒子负载在吡啶基COFs材料上，同时通过超声剥层法将所得的复合材料做成二维纳米片形貌，由于材料结构和形貌的独特性导致其可作为光催化剂进行光催化全解水反应，将水分解为氢气和氧气。

附图说明

图1本发明具体实施例1的X-射线粉末衍射图；

图2本发明具体实施例1的红外光谱图；

图3本发明具体实施例1的光催化全解水性能图。

具体实施方式

下面用实施例对本发明进行进一步说明，这些实施例仅对本发明的方法进行说明，对本发明的适用范围无任何限制。

实施例1：本实施方式的一种用于光催化全解水的吡啶基COFs纳米片的制备方法是按以下步骤完成的：

将42.0mg的1,3,5-三醛基间苯三酚、32.7mg的[2,2'-联吡啶]-5,5'-二胺、1mL邻二氯苯、3mLN,N-二甲基乙酰胺和含铂纳米粒子的N,N-二甲基乙酰胺胶体溶液(2.2mg/mL，0.79mL)组成的混合溶液，依次加入10mL耐热玻璃管，超声处理10～15分钟以获得均匀的分散体，加入0.4mL乙酸水溶液(6mol/L)，在77K(液氮浴)中快速冷冻，并通过三次冻融循环进行脱气，在真空密封状态下120℃加热72小时，过滤并用N,N-二甲基乙酰胺、水和丙酮洗涤至滤液为无色，利用丙酮进行溶剂交换，在50℃下真空干燥24小时得到吡啶基COFs，将其分散在水中形成浓度为7.5mg/mL的悬浊液，对其进行超声处理60分钟实现剥层，干燥12小时以获得吡啶基COFs纳米片，将其用于光催化全解水生成氢气和氧气。

为验证本发明的有益效果进行以下试验：

为考察吡啶基COFs纳米片在可见光下光催化全解水的效果，按以下方法对其进行光催化全解水性能测试。测试过程如下：称取15mg固体催化剂和50mL H