[发明专利]一种多功能二维Co基金属-有机骨架材料和制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种多功能二维Co基金属‑有机骨架材料和制备方法及其应用，该材料的结构式为[Co(4,4'‑abpt)subgt;2/subgt;(1,3‑abc)subgt;2/subgt;]subgt;n/subgt;；其中4，4'‑abpt为3，5‑二‑4‑吡啶基‑4H‑1，2，4‑三唑‑4‑胺；1，3‑abc为去质子化的1，3‑金刚烷二甲酸配体；n为正整数；从骨架连接构筑的角度，所述Co基金属‑有机骨架材料的晶体结构属于单斜晶系，C2/c空间群；晶胞参数为：a＝22.241(8)nm,b＝10.099(4)nm，c＝20.932(7)nm,α＝90°，β＝93.166°(6)，γ＝90°。本发明的多功能二维Co基金属‑有机骨架材料不仅可作为电催化剂在电解水制Hsubgt;2/subgt;和Osubgt;2/subgt;中的应用；还可作为光催化剂降解水中的结晶紫、亚甲基蓝和罗丹明三种偶氮染料污染物中的应用。

技术领域

本发明涉及晶态材料技术领域，具体涉及一种多功能二维Co基金属-有机骨架材料和制备方法及其应用。

背景技术

水体污染物对生态环境造成重大影响，近年来也成为了一个炽手可热的研究主题。其中结晶紫(CV)、亚甲基蓝(MB)和罗丹明B(Rh-B)等偶氮染料是水体中常见的有机污染物，对环境有着巨大的威胁，而且还会对水中生物造成破坏，因此在排放前应对其降解成生物可处理的形式；而光催化技术是降解有机污染物的有效途径之一。基于TiO₂、ZnO等金属氧化物半导体在光催化和光电子化学领域的应用一直是研究的热点，但近年来人们也发现该半导体材料具有易团聚、利用率低、难以后期分离等缺点。而催化剂的合理设计和改性是提高光催化效率的关键，因此研究出一类高效的光催化剂对光催化领域具有重要的作用。

电催化分解水制氢是目前最有前景和具有环保性的能源转换技术之一，它具有价格低廉、操作简单和环保等优点，也是近年来比较有前景的产氢途径之一。但是目前也存在一些问题，例如析氧反应(OER)作为电化学反应过程之一，四电子转移过程使之存在稳定性低、动力学缓慢、过电位高等缺点，制约着电催化反应的运用，因此探索出稳定性高、研究成本较低、低电化学过电位的电催化剂对推动电化学的发展具有重大的作用。

而金属-有机框架化合物(metal-organic frameworks，MOFs)是一类具有孔洞结构的配位聚合物，以金属离子或团簇为节点，有机配体为链接，通过两者的配位作用或分子间的相互作用自组装形成的新型晶态多孔材料。它通过改变中心金属、配体功能化、孔道修饰和拓扑结构调节等方法进行调控，提升MOFs材料的性能，从而获得出色的功能材料,MOFs广泛应用于气体吸附、催化、荧光、生物医学、质子传导和传感器等领域。而许多MOFs材料被认为是理想的光催化剂候选材料，此外，它通常还表现出良好的OER/HER催化性能。近年来，金属-有机框架材料因其具有超高的比表面积、优异的孔隙率、均匀的催化活性位点、可调节的孔洞结构以及丰富的功能性为每个催化活性中心提供更多可能。在MOFs材料中，MOFs材料的结构单元呈周期性排布，这一特点使得它的催化环境具有良好的均一性，此外，MOFs材料往往具有规整的晶体结构，能够结合原位表征和理论模拟阐明其催化机理，使其在反应选择性的调控中有重要的作用。MOFs材料的这些特征都推动了它在催化领域的发展。此外，在诸多的金属有机骨架材料中，钴基MOFs材料被广泛的应用于催化领域，在电催化电解水制H₂和O₂和光催化降解水中污染物等研究领域中展现出优异的性能。因此，面对当前迫在眉睫的环境污染和能源短缺问题，合成具有高效环保型多相催化剂是催化化学领域的研究热点之一。

综上，有必要研发一种多功能二维Co基金属-有机骨架材料和制备方法及其应用以解决上述技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多功能二维Co基金属-有机骨架材料和制备方法及其应用，该多功能二维Co基金属-有机骨架材料具有双催化-电催化和光催化功能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：