[发明专利]具有三嗪结构的β-酮烯胺型共价有机框架材料COF-N32及其制备方法和在过氧化氢光合成中的应用

说明书

本发明提供具有三嗪结构的β‑酮烯胺型共价有机框架材料COF‑N32及其制备方法和在过氧化氢光合成中的应用。该制备方法包括将2,4,6‑三羟基苯‑1,3,5‑三甲醛和2,4,6‑三(4‑氨基苯基)‑1,3,5‑三嗪加入到包括1,4‑二氧六环、均三甲苯和3mol/L醋酸溶液的溶剂体系中，超声震荡后加热进行反应，洗涤干燥得到共价有机框架材料COF‑N32。本发明仅通过溶剂热反应即可合成具有三嗪结构的β‑酮烯胺型共价有机框架材料COF‑N32，以用作过氧化氢合成的光催化剂，无需后续再通过异质结、质子化等方式进行改性，操作简便；光催化合成过氧化氢简易高效、安全稳定、无金属离子释放风险；制备的材料使用后可有效再生、重复利用。

技术领域

本发明涉及一种共价有机框架材料及其制备方法和应用，具体涉及具有三嗪结构的β-酮烯胺型共价有机框架材料COF-N32及其制备方法和在过氧化氢光合成中的应用。

背景技术

过氧化氢(H₂O₂)被广泛应用于化工合成、储能和水处理领域。目前，蒽醌法、电化学合成和贵金属催化是常用的H₂O₂合成方法，但需要较高的能量输入并会释放有毒副产物而导致环境污染。H₂O₂光合成能够利用天然存在的水和氧气作为原料，并以太阳光作为能量输入，被认为是一种绿色可持续的合成方法。但是，由于H₂O₂在合成过程中的介稳性质，一些副反应(例如H₂O₂分解为氧气和水)限制了H₂O₂光合成的性能。

共价有机框架(Covalent Organic Frameworks,COFs)材料是一种新型非金属晶体聚合物，能够形成合适的中间体避免H₂O₂合成的副反应，在H₂O₂光合成领域具有很好的前景。但是现有的COFs材料中通常激子(电子-空穴对的束缚态)产生或分离不充分会减少自由电荷的产生，从而限制H₂O₂光合成的效率。

例如，现有技术1(CN112538167B)公开了一种烷基链修饰的酰腙键连接共价有机框架材料及其在光催化产过氧化氢中的应用。但该COFs材料光催化合成过氧化氢的产率较低，仅为160μmol g^-1h^-1，且局限于实验室环境，需要O₂氛围和去离子水，实际水体的水质条件非常复杂，无法根据去离子水产率推断该材料在自然环境中的应用情况。

为了提升COFs的光激发和电荷分离，一些现有技术采用界面调控策略，例如构建异质结、掺杂单原子等手段，或通过电催化等方式促进材料反应来提升COFs的电荷分离，但是需要多步、复杂和耗时的合成过程。

例如，现有技术2(CN114164449A)公开了一种应用共价有机框架催化剂催化氧还原制备双氧水的方法。该COFs材料应用于电催化领域，需要耗费电力能源，增加成本。由于COFs自身导电性较差，过电位较大。在电催化过程需要额外添加炭黑提升导电性，操作繁琐。

可见，目前将COFs材料用于自然条件下的H₂O₂高效光合成还面临巨大挑战。因此，非常有必要开发简便经济的电荷调控策略，用于避免副反应和提升H₂O₂光合成效率。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种能够高效合成H₂O₂的具有三嗪结构的β-酮烯胺型共价有机框架材料COF-N32及其制备方法和在过氧化氢光合成中的应用。

本发明采用如下的技术方案：