一种共轭微孔聚合物材料及其制备方法和光催化应用技术

本发明专利技术公开了一种共轭微孔聚合物材料及其制备方法和光催化应用，属于有机材料制备、太阳能利用与环境保护技术领域。该共轭微孔聚合物材料具有二维平面结构，由1,3,5

【技术实现步骤摘要】
一种共轭微孔聚合物材料及其制备方法和光催化应用


[0001]本专利技术涉及有机非金属材料制备、太阳能利用与环境保护
，具体涉及一种共轭微孔聚合物材料及其制备方法和光催化应用，该材料可应用于环境净化领域。

技术介绍

[0002]光催化技术在清洁能源开发利用和环境保护治理领域具有广阔的应用价值，因此受到了科研人员的广泛研究，设计并制备高效的光催化材料是其研究重点。自1972年东京大学的Fujishima和Honda在《nature》杂志报道在二氧化钛(TiO2)电极上观察到光催化分解水以来，光催化材料与技术已经在能源与环保领域得到了广泛的研究，具有广阔的应用前景。
[0003]光催化材料体系众多，主要研究的光催化材料以无机半导体材料为主。例如，二氧化钛具有高的化学稳定性、良好的光催化活性、相对低廉的价格以及对人体无毒等特点，在众多无机半导体光催化材料中一直得到较多关注。早在1985年，大阪大学的Yanagida等人就报道了第一例基于聚苯(PPPs)的聚合物有机半导体光催化产氢材料。但是由于其光催化活性较低、材料稳定性较差等缺点，聚合物有机半导体光催化材料一直没能引起较广泛的关注。直到2009年，福州大学的王心晨、东京大学的Kazunari Domen研究团队发现石墨相氮化碳(g
‑
C3N4)具有结构稳定、制备简单、能带结构合适等优点，实现了可见光下光催化分解水产氢及产氧，以g
‑
C3N4为代表的有机半导体光催化材料开始受到科研工作者的广泛关注。
[0004]有机半导体光催化材料基于C、N、O、H等非金属元素，无需金属元素，原料来源广泛丰富；其化学稳定性和热稳定性高、无毒、能带结构独特，与传统无机半导体光催化材料相比特色明显。因此，有机半导体光催化材料研究近年来获得了显著进展，成为光催化材料研究的一个重要新兴方向。共轭微孔聚合物在气体吸附、多相催化载体、储能、发光等多个领域具有广阔的应用前景，受到研究者的广泛关注。
[0005]共轭微孔聚合物是一类有机多孔聚合物，存在着许多优点：(1)沿聚合物主链延伸的π共轭结构具有良好的物理化学稳定性、丰富的多孔结构和高比表面积。(2)高交联聚合物结构和高表面积提供了更大的孔隙空间来容纳载体，大的接触表面积缩短了离子扩散距离，确保了高电化学活性和快速的动力学。(3)高交联聚合物结构能有效抑制活性物质在有机电解质中的溶解，提高循环稳定性。但是，目前共轭微孔聚合物的合成成本较高，能带结构存在难以调控等缺点，在未来的实际应用中依然面临着许多的挑战。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种共轭微孔聚合物材料及其制备方法和光催化应用，该共轭微孔聚合物材料具有二维平面结构，由1,3,5
‑
三溴苯与1,4
‑
苯二硼酸通过suzuki交叉偶联反应合成而得。制备得到的共轭微孔聚合物材料具有有机半导体材料的特征，在光照条件下能产生光生电荷，实现了该类有机半导体材料对水中有机物、抗生素污染物的光催化吸附和降解，并同时对二氧化碳有较好的吸附能力与还原能力。
[0007]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0008]一种共轭微孔聚合物材料，其为具有π
‑
共轭分子骨架和永久性孔道结构的有机多孔聚合物，由于π
‑
共轭分子骨架的存在，该材料在光照条件下能产生光生电荷。
[0009]所述共轭微孔聚合物材料具有类半导体的特性，由于π
‑
共轭分子骨架的存在，为二维平面结构。
[0010]所述共轭微孔聚合物材料的制备方法，该方法以1,3,5
‑
三溴苯、1,4
‑
苯二硼酸为原料，[1,3
‑
双(2,6
‑
二异丙基苯基)咪唑
‑2‑
基亚基](3
‑
氯吡啶基)二氯化钯为催化剂，利用溶液聚合法获得所述共轭微孔聚合物。
[0011]该方法具体包括如下步骤：
[0012](1)将1,3,5
‑
三溴苯、1,4
‑
苯二硼酸和[1,3
‑
双(2,6
‑
二异丙基苯基)咪唑
‑2‑
基亚基](3
‑
氯吡啶基)二氯化钯按所需比例称量，加入到三颈烧瓶中，用保鲜膜将瓶口密封，然后向三颈烧瓶中通入惰性气体，在惰性气体氛围下依次添加所需量的碳酸钾溶液、无水乙醇与甲苯，得到混合溶液A；
[0013](2)将混合溶液A快速转移到水浴锅中搅拌、冷凝回流，在50
‑
80℃条件下反应24h后，降至室温后将溶液取出，得到混合溶液B；将混合溶液B抽滤，抽滤后得到的样品分别用大量去离子水、无水乙醇反复抽滤洗涤6
‑
10次，然后再将洗涤后的样品在干燥箱中60℃干燥10
‑
24h，即获得所述共轭微孔聚合物。
[0014]上述步骤(1)中，1,3,5
‑
三溴苯与1,4
‑
苯二硼酸、[1,3
‑
双(2,6
‑
二异丙基苯基)咪唑
‑2‑
基亚基](3
‑
氯吡啶基)二氯化钯的摩尔比例为1:(0.75
‑
1.5):(0.01
‑
0.05)。
[0015]上述步骤(1)中，碳酸钾溶液、无水乙醇与甲苯的体积比例为2:(1
‑
4):(2
‑
4)，所述碳酸钾溶液的浓度为1
‑
5mol/L。
[0016]上述步骤(1)中，1,3,5
‑
三溴苯与碳酸钾溶液中的碳酸钾的摩尔比例为1：(4
‑
10)。
[0017]上述步骤(1)中，所述惰性气氛为氩气和氮气中的一种或两种。
[0018]所述共轭微孔聚合物材料在光照条件下应用于水中的有机物(芳香类有机物)、抗生素污染物光催化吸附和降解，并同时对水中二氧化碳有较好的吸附能力与还原能力。
[0019]本专利技术的优点在于：
[0020]1.本专利技术以1,3,5
‑
三溴苯、1,4
‑
苯二硼酸为原料，[1,3
‑
双(2,6
‑
二异丙基苯基)咪唑
‑2‑
基亚基](3
‑
氯吡啶基)二氯化钯为催化剂，利用简单溶液聚合法获得所述共轭微孔聚合物，合成条件温和，操作简单，易于制备。
[0021]2.制备共轭微孔聚合物的方法有许多种，本专利技术主要通过suzuki交叉偶联反应制备，所用催化剂为一种二氯化钯，而非单质钯，在催化剂的作用下，使两种简单结构的单体反应得到一种共轭微孔聚合物。
[0022]3.本专利技术的共轭微孔聚合物由于其有π
‑
共轭分子骨架和永久性孔道结构，使得其具有有机半导体特征，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种共轭微孔聚合物材料，其特征在于：该聚合物材料为具有π
‑
共轭分子骨架和永久性孔道结构的有机多孔聚合物，由于π
‑
共轭分子骨架的存在，该材料在光照条件下能产生光生电荷。2.按照权利要求1所述的共轭微孔聚合物材料，其特征在于：所述共轭微孔聚合物材料具有类半导体的特性，由于π
‑
共轭分子骨架的存在，为二维平面结构。3.按照权利要求1或2所述的共轭微孔聚合物材料的制备方法，其特征在于：该方法以1,3,5
‑
三溴苯、1,4
‑
苯二硼酸为原料，[1,3
‑
双(2,6
‑
二异丙基苯基)咪唑
‑2‑
基亚基](3
‑
氯吡啶基)二氯化钯为催化剂，利用溶液聚合法获得所述共轭微孔聚合物。4.按照权利要求3所述的共轭微孔聚合物材料的制备方法，其特征在于：该方法具体包括如下步骤：（1）将1,3,5
‑
三溴苯、1,4
‑
苯二硼酸和[1,3
‑
双(2,6
‑
二异丙基苯基)咪唑
‑2‑
基亚基](3
‑
氯吡啶基)二氯化钯按所需比例称量，加入到三颈烧瓶中，用保鲜膜将瓶口密封，然后向三颈烧瓶中通入惰性气体，在惰性气体氛围下依次添加所需量的碳酸钾溶液、无水乙醇与甲苯，得到混合溶液A；（2）将混合溶液A快速转移到水浴锅中搅拌、冷凝回流，在50
‑
80℃条件下反应24 h后，降至室温后将溶液取出，得到混合溶液B；将混合溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：李琦，黄宗和，冯斯强，吉星，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：