[发明专利]一种三维组装的金属有机骨架化合物纳米片固碳催化剂

说明书

本发明公开了一种三维组装的金属有机骨架化合物纳米片固碳催化剂。该材料以金属有机骨架晶体为前驱体，通过溶剂中微量水分子选择性刻蚀特定晶面制备得到的。本发明制备得到大尺寸、高比表面积的金属有机骨架纳米片相互交叉成60°，表面分布大量低配位的金属活性位点。与传统体相的金属有机骨架材料相比，有效地提高了金属位点的数量和路易斯酸催化活性，在常温常压下具有高效的固碳性能；与其他纳米片材料相比，相互交叉的组装结构带来优异的机械稳定性能，能够有效抵抗外界应力的影响。本发明合成工艺简单、成本低廉、催化效率高、复合实际生产需求，在固碳催化领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于材料领域，涉及一种三维组装的金属有机骨架化合物纳米片固碳催化剂。

背景技术

将工业和人类活动产生的二氧化碳重新转化成具有价值的化工产品，进而促进解决全球性的清洁能源问题是当今科研领域的一项重要议题。利用环氧化合物通过化学转化的方式固定二氧化碳，具有效率高、成本低、避免了额外的能源消耗、产物附加值大等特点，对于从根本上解决温室效应的问题具有重要的指导意义。多年来，科研人员一直致力于开发兼具有高效率和高稳定性的催化剂用于催化固碳反应，如金属氧化物、离子液体、金属卟啉化合物，g-C₃N₄等。然而，这些催化剂都存在制备复杂、比表面积小、催化效率低及稳定性偏低等缺陷，极大地抑制了其在固碳催化中的应用。因此制备高效、稳定的固碳催化剂是催化领域的重大挑战。

近年来，金属有机骨架材料作为一种大比表面、孔径可调、位点多的催化剂，收到科学家和研究者们的广泛关注，已被应用于固碳催化实现二氧化碳的有效在利用(Frontiers in Energy Research,2015,2:63.J.Am.Chem.Soc.2015,137,15066-15069.Angew.Chem.Int.Ed.2014,53,2615–2619)。但其依然存在着不可忽视的缺陷，那就是活性位少、活性位活性低等带来的催化过程高温、高压。如何增加活性位点并且提高活性位点的活性成为摆在科研人员面前的挑战。目前已经有报道制备纳米片形状的金属有机骨架材料能够在材料表面充分暴露活性位点且活性位点出的路易斯酸活性极大提高(NatureEnergy,2016,1:16184)。金属有机骨架纳米片由于其独特的形貌而备受关注，具有优异的特性，比如：大比表面积、表面活性位点多、材料间传质速率高等优点，已经广泛应用于能源、催化、气体分离等领域。但是作为纳米片材料，由于其本身的弹性模量很低而容易在使用过程中变形、碎裂的问题又一直影响其大规模的使用。

将金属有机骨架纳米片组装的研究工作，还未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种三维组装的金属有机骨架化合物纳米片固碳催化剂。

本发明旨在提供一种三维组装的金属有机骨架化合物纳米片固碳催化剂及其制备方法和应用。本发明制备的固碳催化剂具有高比表面积、表面活性位点多且活性强、纳米片相互交叉形成具有高度机械稳定性的三维结构，能够实现高效的二氧化碳催化转化。本发明合成工艺简单、成本低廉、催化效率高、复合实际生产需求，在固碳催化领域具有广阔的应用前景。

本发明提供的三维组装的金属有机骨架化合物纳米片，为由所述金属有机骨架化合物构成的纳米片；

所述金属有机骨架化合物为HKUST-1晶体。

所述HKUST-1晶体的分子式为：C₁₈H₁₂O₁₅Cu₃,相对分子质量为：Mr＝658.9,晶体结构可为各种已知结构，如可为面心立方堆积结构，所属空间群为：Fm-3m,在剑桥晶体学数据库中的CCDC号为：112954。

上述三维组装的金属有机骨架化合物纳米片中，所述HKUST-1晶体为由金属离子Cu²⁺与有机配体均苯三甲酸通过配位键形成的多孔材料；