[发明专利]一种锆类有机框架材料及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一类新型功能化UiO‑66体系锆有机框架催化剂材料及其制备方法和该催化剂材料在可见光催化裂解水产氢方面的应用。所述锆类有机框架材料的制备方法包括步骤：1)配体2,5‑二甲基硫醚对苯二甲酸的制备；和2)锆类有机框架催化剂材料(UiO‑66(Zr)‑(SCH₃)₂)的制备。根据本发明的制备方法简单、稳定。得到的锆金属有机框架催化剂材料结构稳定，可用于光电化学分解水产氢的光电极材料，性能优于已报导的用于光电化学分解水产氢的金属有机框架材料。该材料亦可以用于可见光催化产氢，性能优异，有利于在清洁能源与环境可持续发展中的应用。

技术领域

本发明涉及化学合成领域，特别是金属有机催化剂领域，具体地说，是一类新型功能化UiO-66体系锆有机框架催化剂材料及其制备方法和该催化剂材料在可见光催化裂解水产氢方面的应用。

背景技术

金属有机框架(metal-organic framework(MOF))材料是一类多孔配合聚合物，该类配合物是由以金属离子为结点，有机配体为骨架支撑形成的框架材料。这类多孔且具有结晶性质的配合物材料因具有优于传统配合物的诸多性能引起人们的广泛关注。该材料典型且关键的结构特征是具有超高的孔隙率和比表面积。同时，它们的结构与功能容易通过选择不同的金属离子和有机配体进行设计和调控，所以该材料可以通过人为设计合成而满足各种各样的特定应用需求，从而表现出智能可控的独特性能，在气体储存、传感、催化、导电材料等方面具有极大的应用前景。

UiO-66系列金属有机框架材料的优点在于非常稳定，在水中，酸性溶液中和高温下都能保持结构的稳定，因此，该材料是一种有巨大潜力的光催化剂，目前已经有使用UiO-66系列金属有机框架材料与其他金属或者化合物(光敏剂)杂合后作为光催化剂的应用研究，例如在文献“Water Stable Zr-Benzenedicarboxylate Metal-Organic Frameworksas Photocatalysts for Hydrogen Generation”(Claudia等人,Chem.Eur.J.,2010,16,11133-11138)中报道了一种Zr复合UiO-66(NH₂)的系列金属有机框架材料，其具有在紫外光照射下分解水产氢的能力。

然而目前现有技术中的金属有机框架材料往往只能在紫外光波长区域有效，而在可见光范围内分解水产氢能力较弱，甚至完全不能分解水，另外现有技术中的金属有机框架材料随时间的分解水的性能往往逐渐降低，即随时间而衰减。

因此，仍然需要开发在可见光范围内分解水产氢能力强，且性能稳定，不随时间衰减的新型的金属有机框架材料。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，根据本发明的所述锆有机框架催化剂材料采用新的配体，通过采用2,5-二甲基硫醚对苯二甲酸作为配体得到一类新的UiO-66系列催化剂材料，其具有更宽的光响应范围，能够有效吸收可见光，从而达到提高该材料光催化性能的目的。

根据本发明的一个方面，本发明的一个目的在于提供一种锆类有机框架材料(UiO-66(Zr)-(SCH₃)₂)，所述锆类有机框架材料按照如下制备方法制备，所述制备方法包括步骤：

1)配体2,5-二甲基硫醚对苯二甲酸的制备

按重量份计，称取4至70份如下结构式(1)所示的2,5-二烷基巯基对苯二甲酸于反应器中，然后加入4至80份丙酮，搅拌后再加入80至250份K₂CO₃和0.3至2.0份CH₃I。搅拌至颜色由橙色变为浓稠黄白色时旋蒸，得到白色固体，然后将白色固体溶于去离子水，置于冰水浴中滴加浓盐酸至反应体系pH为1至2，出现大量黄色沉淀，最后抽滤得到黄色固体，再用大量去离子水洗。将得到的黄色样品置于真空箱中干燥。