[发明专利]一种含硼的锆基金属有机框架材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种含硼的锆基金属有机框架材料及其制备方法与应用，由锆离子与有机配体形成，具有与UiO‑66相同的拓扑结构。其制备方法为：将锆盐、有机配体和调节剂混合进行溶剂热反应获得含硼的锆基金属有机框架材料；所述有机配体为4‑羧基苯硼酸或4‑羧基苯硼酸和对苯二甲酸的混合物。本发明提供的含硼的锆基金属有机框架材料，具有较高的O₂吸附量、高选择性的质子耦合双电子转移，并且硼的引入促进了载流子分离和表面电荷转移，显著提高了光催化效果，可以作为一种性能优异的高效光催化剂。

技术领域

本发明涉及光催化剂技术领域，具体涉及一种含硼的锆基金属有机框架材料及其制备方法与应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

过氧化氢(H₂O₂)作为氧化剂和还原剂，是一种重要的清洁化工资源，被广泛应用于有机合成、消毒、食品工业、水处理、纸浆漂白等领域。近年来，H₂O₂作为一种新型单室燃料电池的氧化剂和还原剂在能源研究领域也得到了探索。目前，工业上广泛采用蒽醌法来生产H₂O₂，但其具有能耗高、工业路线复杂、有毒副产物等非绿色特点。与蒽醌法相比，以太阳能为驱动力的光催化制备H₂O₂，具有清洁、简单、环境友好等优点，被认为是最理想的H₂O₂制备途径。因此，开发廉价、高效、稳定的光催化剂对于实现光催化制备H₂O₂的工业化应用至关重要。

据发明人研究了解，近年来关于光催化氧还原法制备H₂O₂的相关研究，证明该氧还原反应是一个以超氧自由基(·O₂^-)为中间产物的两电子转移过程(第一步：O₂+e^-→·O₂^-；第二步:·O₂^-+2H⁺+e^-→H₂O₂)。然而，发明人研究发现，目前光催化氧还原制备H₂O₂的效率仍然很低。其原因如下：(1)光催化剂不能有效吸附O₂，这是下一步电子转移的必要步骤；(2)H₂O₂的形成受到第二步的限制，即质子耦合的电子转移过程。因此，构建具有高O₂吸附量和有效促进质子耦合电子转移的光催化剂具有重要意义。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是一种含硼的锆基金属有机框架材料及其制备方法与应用，本发明提供的含硼的锆基金属有机框架材料，具有较高的O₂吸附量、高选择性的质子耦合双电子转移，并且硼的引入促进了载流子分离和表面电荷转移，显著提高了光催化效果，可以作为一种性能优异的高效光催化剂。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一方面，一种含硼的锆基金属有机框架材料，由锆离子与有机配体形成，具有与UiO-66相同的拓扑结构，所述有机配体4-羧基苯硼酸或4-羧基苯硼酸和对苯二甲酸。

本发明以UiO-66为基础，通过改变有机配体的类型向金属有机框架中引入硼。经过实验发现，采用4-羧基苯硼酸代替部分对苯二甲酸或代替全部对苯二甲酸，不会对其拓扑结构产生影响，而由于引入硼，增加了硼作为供电子位，从而显著提高了氧气吸附和活化能力。同时，由于硼酸基团的引入，有利于质子耦合电子转移，从而显著提高了光催化效果。