一种基于金属卟啉的共价有机框架材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及电催化氧还原技术领域，具体涉及一种基于金属卟啉的共价有机框架材料及其制备方法与应用。基于金属卟啉的共价有机框架材料结构如式Ⅰ所示：本发明专利技术合成的基于金属卟啉的共价有机框架材料，结晶性好，化学稳定性好，可直接作为电催化氧还原反应的催化剂；与商业铂碳催化剂相比，本发明专利技术合成的基于金属卟啉的共价有机框架材料不含贵金属，成本较低；本发明专利技术制备的基于金属卟啉的共价有机框架材料有良好的电催化氧还原催化性能。原催化性能。原催化性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于金属卟啉的共价有机框架材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及电催化氧还原
，具体涉及一种基于金属卟啉的共价有机框架材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，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。
[0003]燃料电池是通过电化学反应将化学能转化成电能的发电设备，其高效环保，有广阔的应用前景。氧还原反应(ORR)是燃料电池的阴极过程，由于其动力学过程缓慢，严重制约着燃料电池的应用。商业铂碳是高效的ORR催化剂，但铂资源稀少且价格昂贵。发展价格低廉且高效的ORR催化剂是燃料电池面临的重大问题。
[0004]共价有机框架材料(COFs)是一种新型的晶态多孔材料，具有较大的比表面，规则的孔道结构，孔道尺寸可调控，而且可以通过单体设计，掺杂杂原子和负载金属原子。COFs在电催化方面有巨大的应用前景，需要充分发挥COFs材料的优势，开发更多基于COFs材料的ORR催化剂。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种基于金属卟啉的共价有机框架材料及其制备方法与应用，本专利技术采用含有钴卟啉和四苯基乙烯结构的有机单元连接得到基于金属卟啉的共价有机框架，其具有较好的结晶性以及良好的化学稳定性。由于钴卟啉和有机单元的引入，本专利技术得到的基于金属卟啉的共价有机框架可直接作为电催化ORR催化剂，并展现出良好的催化性能。
>[0006]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下所述：
[0007]在本专利技术的第一方面，提供一种基于金属卟啉的共价有机框架材料，其结构如式Ⅰ所示：
[0008][0009]在本专利技术的第二方面，提供一种第一方面所述基于金属卟啉的共价有机框架材料的制备方法，所述制备方法为以5,10,15,20
‑
四(对氨基苯基)钴卟啉和4',4”,4
””
',4
”””
'
‑
(乙烯
‑
1,1,2,2
‑
四基)四基{[(1,1'
‑
联苯)
‑4‑
甲醛]}为反应单体，通过席夫碱反应缩合生成基于金属卟啉的共价有机框架材料Co
‑
TP
‑
COF，结构式如式Ⅰ所示。
[0010]具体地，所述制备方法步骤如下：向5,10,15,20
‑
四(对氨基苯基)钴卟啉和4',4”,4
””
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‑
(乙烯
‑
1,1,2,2
‑
四基)四基{[(1,1'
‑
联苯)
‑4‑
甲醛]}中依次加入邻二氯苯和二氧六环，再加入醋酸水溶液，经过冷冻
‑
抽真空
‑
解冻三次循环后，封管加热，冷却至室温后，洗涤并提取，最后得到Co
‑
TP
‑
COF。
[0011]在本专利技术的第三方面，提供一种第一方面所述基于金属卟啉的共价有机框架材料在电催化氧还原方面的应用。
[0012]本专利技术的具体实施方式具有以下有益效果：
[0013]1、本专利技术合成的基于金属卟啉的共价有机框架材料，结晶性好，化学稳定性好，可直接作为电催化氧还原反应的催化剂；
[0014]2、与商业铂碳催化剂相比，本专利技术合成的基于金属卟啉的共价有机框架材料不含贵金属，成本较低；
[0015]3、本专利技术制备的基于金属卟啉的共价有机框架材料有良好的电催化氧还原催化性能。
附图说明
[0016]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0017]图1为本专利技术实施例1合成的Co
‑
TP
‑
COF的粉末X射线衍射图谱；
[0018]图2为本专利技术实施例1合成的Co
‑
TP
‑
COF的红外光谱图；
[0019]图3为本专利技术实施例1合成的Co
‑
TP
‑
COF的固体核磁图；
[0020]图4为本专利技术实施例1合成的Co
‑
TP
‑
COF的氮气吸附
‑
脱附曲线图和孔径分布图；
[0021]图5为本专利技术实施例1合成的Co
‑
TP
‑
COF的LSV图；
[0022]图6为本专利技术实施例1合成的Co
‑
TP
‑
COF的在不同转速下的LSV图；
[0023]图7为本专利技术实施例1合成的Co
‑
TP
‑
COF的Tafel曲线图；
[0024]图8为本专利技术实施例1合成的Co
‑
TP
‑
COF氧还原过程中的电子转移数和过氧化氢产率图。
具体实施方式
[0025]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0026]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0027]本专利技术的一种实施方式中，提供了一种基于金属卟啉的共价有机框架材料，其结构如式Ⅰ所示：
[0028][0029]式Ⅰ所示的基于金属卟啉的共价有机框架材料Co
‑
TP
‑
COF中钴卟啉和四苯基乙烯结构的有机单元相连接，Co
‑
TP
‑
COF是AA堆积形成共价有机框架材料，具有较好的结晶性和良好的化学稳定性。由于钴卟啉和有机单元的引入，本专利技术得到的金属卟啉共价有机框架
可直接作为电催化ORR催化剂，在碱性介质中的ORR电子转移数(n)在3.6
‑
4.0之间，属于四电子转移过程更利于氧还原阴极反应，过氧化氢产率小于20％，表明合成的Co
‑
TP
‑
COF具有较好的电催化氧还原性能。
[0030]本专利技术的一种实施方式中，提供了一种上述基于金属卟啉的共价有机框架材料的制备方法，所述制备方法为以5,10,15,20
‑
四(对氨基苯基)钴卟啉和4',4”,4
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',4
”””
'
‑
(乙烯
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于金属卟啉的共价有机框架材料，其特征在于，其结构如式Ⅰ所示：2.权利要求1所述基于金属卟啉的共价有机框架材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法为以5,10,15,20
‑
四(对氨基苯基)钴卟啉和4',4”,4
””
',4
”””
'
‑
(乙烯
‑
1,1,2,2
‑
四基)四基{[(1,1'
‑
联苯)
‑4‑
甲醛]}为反应单体，通过席夫碱反应缩合生成基于金属卟啉的共价有机框架材料Co
‑
TP
‑
COF，结构式如式Ⅰ所示。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤如下：向5,10,15,20
‑
四(对氨基苯基)钴卟啉和4',4”,4
””
',4
”””
'
‑
(乙烯
‑
1,1,2,2
‑
四基)四基{[(1,1'
‑
联苯)
‑4‑
甲醛]}中依次加入邻二氯苯和二氧六环，再加入醋酸水溶液，经过冷冻
‑
抽真空
‑
解冻三次循环后，封管加热，冷却至室温后，洗涤并提取，最后得...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳婕妤，王宇潼，丁秀丽，马瑜，
申请(专利权)人：山东师范大学，
类型：发明
国别省市：