【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及膜催化材料制备领域，具体涉及一种原位封装金属纳米催化剂的cof基三相界面催化膜及其制备方法和应用。
技术介绍
1、太阳能是一种清洁、可再生的能源，在解决能源短缺方面具有重要意义。利用太阳能可降低能源成本、增加能源供应和提高其可持续性。光催化技术可以在环境净化、能源产生和有机合成等方面实现高效和环保的催化过程，具有操作简便、效果稳定和可持续性高等优点，有着广阔的应用前景。光催化氮气(n2)、二氧化碳(co2)和氧气(o2)还原制取高附加值化学品及燃料技术可以将能量密度低、不稳定、不连续的太阳能转化为绿色清洁、能量密度高、易储运的碳氢燃料或高值化学品，同时也可实现温室气体(co2)的资源化和循环利用。为了实现高效的光催化过程，不仅需要光催化剂的高反应活性以及稳定性，以适应不同的反应环境，从而提高对太阳能的利用效率，还需要设计有异于传统均相催化，能够突破传质瓶颈的催化剂体系。在有气体参与的传统均相光催化过程中，反应速率往往受限于气体的传质速度，而气体受限于其在水溶液中较低的溶解度和扩散系数，进而气体在液相中含量不足，严重影响整个催化反应的进行。为了确保光催化反应中光催化剂的高活性、稳定性以及高效的反应传质效率，我们需要设计并开发能够应用于气-液-固三相界面的光催化反应体系，这对于提高光催化体系的物质和能量转化效率至关重要。
2、金属纳米颗粒具有优良的光催化特性，在能源、化工生产、新材料、绿色环保及生物技术等领域被广泛应用。然而，目前通用的将被金属直接负载于载体上的策略具有以下劣势：负载型贵金属纳米催化剂的催化
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提供一种原位封装金属纳米催化剂的cof基三相界面催化膜及其在制备化学性质稳定、催化活性高、气体传质效率高的三相界面催化膜方面的应用。
2、本专利技术的第一方面，提供一种原位封装金属纳米催化剂的cof基三相界面催化膜，所述催化膜包括醛基单体与氨基单体经缩合反应生成的cof材料以及封装在所述cof材料孔道中的金属纳米颗粒，其中，所述氨基单体选自式i所示的化合物：
3、
4、其中，r为h或f。
5、cof共价有机框架(covalent organic frameworks)，是一种由共价键连接的有机分子构成的多孔晶体，其高度可控的结构可以使其在孔道内部分布羟基、羧基等金属强配位基团，进而使得金属纳米颗粒在cof内部实现原位生长，这有利于稳定金属纳米颗粒，同时对cof进行疏水性化学修饰，最后有望制备cof基三相界面金属催化膜。
6、根据本专利技术所述催化膜的一些实施方案，所述醛基单体具有能够与金属配位的官能团。
7、根据本专利技术所述催化膜的一些实施方案，所述能够与金属配位的官能团选自羟基、巯基、羧基和磺酸基。
8、本专利技术所述的催化膜孔道中存在丰富的羟基(-oh)、巯基(-sh)或羧基(-cooh)基团，该类功能性基团可作为金属离子的配位点，因此，可以稳定和保护金属纳米颗粒；其次，本专利技术的催化膜中存在丰富的f原子，极度提高了cof材料的疏水性，可应用到三相界面催化领域，加快底物的传质速率，可大幅度提高反应的效率。
9、根据本专利技术所述催化膜的一些实施方案，所述醛基单体选自2,5-二羟基对苯二甲醛、2,5-二巯基对苯二甲醛或2,5-二羧基对苯二甲醛。
10、根据本专利技术所述催化膜的一些实施方案，所述金属纳米颗粒选自钯纳米颗粒、铂纳米颗粒、铜纳米颗粒、镍纳米颗粒、铂纳米颗粒中的一种或多种。
11、本专利技术的第二方面，提供一种原位封装金属纳米催化剂的cof基三相界面催化膜的制备方法，包括以下步骤：
12、(1)将氨基单体溶液和醛基单体溶液在金属盐溶液的作用下反应，得到封装金属离子的自支撑cof膜材料；
13、(2)将封装金属离子的自支撑cof膜材料进行还原，得到原位封装金属纳米催化剂的cof基三相界面催化膜。
14、本专利技术所述制备方法的一些实施方案，步骤(1)中，所述氨基单体选自式i所示的化合物：
15、
16、其中，r为h或f。
17、根据本专利技术所述制备方法的一些实施方案，所述氨基单体溶液为氨基单体的十三烷溶液。
18、根据本专利技术所述制备方法的一些实施方案，每毫升十三烷溶液中氨基单体的含量为0.8-1.2mmol(比如：0.8mmol、0.9mmol、1.0mmol、1.1mmol、1.2mmol)。
19、根据本专利技术所述制备方法的一些实施方案，步骤(1)中，所述醛基单体为含有能够与金属配位的官能团的单体。
20、根据本专利技术所述制备方法的一些实施方案，所述能够与金属配位的官能团选自羟基、巯基、羧基和磺酸基。
21、根据本专利技术所述制备方法的一些实施方案，所述醛基单体选自2,5-二羟基对苯二甲醛、2,5-二巯基对苯二甲醛或2,5-二羧基对苯二甲醛。
22、根据本专利技术所述制备方法的一些实施方案，所述醛基单体溶液为醛基单体的乙酸溶液。
23、根据本专利技术所述制备方法的一些实施方案，每毫升乙酸溶液中醛基单体的含量为0.8-1.2mmol(比如：0.8mmol、0.9mmol、1.0mmol、1.1mmol、1.2mmol)，优选地，乙酸的浓度为6mol/l。
24、根据本专利技术所述制备方法的一些实施方案，所述金属盐为醋酸铜、醋酸镍、醋酸钯或氯铂酸。
25、根据本专利技术所述制备方法的一些实施方案，所述金属盐溶液为金属盐的乙酸溶液。本专利技术所述制备方法的一些实施方案，每毫升乙酸溶液中金属盐的含量为0.5-2.0mmol(比如：0.5mmol、0.8mmol、1.0mmol、1.2mmol、1.6mmol、2.0mmol)。
26、根据本专利技术所述制备方法的一些实施方案，步骤(1)中，所述氨基单体与醛基单体的摩尔比为1：(0.8-1.2)，(比如：1:0.8、1:0.9、1:1.0、1:1.1、1:1.2)。
27、根据本专利技术所述制备方法的一些实施方案，步骤(1)中，所述氨基单体与所述金属盐的摩尔比为10：(0.1-2)(比如：10:0.1、10：0.5、10:0.8、10:1、10:1.2、10:1.5、10:1.6、10:1.8、10:2)。
28、根据本专利技术所述制备方法的一些实施方案，所述反应的温度为15-35℃，反应时间为60-80h。
29、根据本专利技术所述制备方法的一些实施方案，步骤(2)中，所述还原为：将封装金属离子的自支撑cof膜材料与还原剂水溶液混合，静置反应2-5h(比如2h、3本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种原位封装金属纳米催化剂的COF基三相界面催化膜，其包括醛基单体与氨基单体经缩合反应生成的COF材料以及封装在所述COF材料孔道中的金属纳米颗粒，其中，所述氨基单体选自式I所示的化合物：
2.根据权利要求1所述的COF基三相界面催化膜，其特征在于，所述醛基单体具有能够与金属配位的官能团，优选地，所述能够与金属配位的官能团选自羟基、巯基、羧基和磺酸基。
3.根据权利要求1所述的COF基三相界面催化膜，其特征在于，所述醛基单体选自2,5-二羟基对苯二甲醛、2,5-二巯基对苯二甲醛或2,5-二羧基对苯二甲醛。
4.根据权利要求2或3所述的COF基三相界面催化膜，其特征在于，所述金属纳米颗粒选自钯纳米颗粒、铂纳米颗粒、铜纳米颗粒、镍纳米颗粒、铂纳米颗粒中的一种或多种。
5.一种原位封装金属纳米催化剂的COF基三相界面催化膜的制备方法，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氨基单体选自式I所示的化合物：
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述
8.根据权利要求5-7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氨基单体与所述醛基单体的摩尔比为1：(0.8-1.2)；
9.根据权利要求5-8任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述还原为：将封装金属离子的自支撑COF膜材料与还原剂水溶液混合，静置反应2-5h；
10.权利要求1-4任一项所述的原位封装金属纳米催化剂的COF基三相界面催化膜或权利要求5-9任一项制备方法所得原位封装金属纳米催化剂的COF基三相界面催化膜在气-液-固三相界面光催化反应中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种原位封装金属纳米催化剂的cof基三相界面催化膜，其包括醛基单体与氨基单体经缩合反应生成的cof材料以及封装在所述cof材料孔道中的金属纳米颗粒，其中，所述氨基单体选自式i所示的化合物：
2.根据权利要求1所述的cof基三相界面催化膜，其特征在于，所述醛基单体具有能够与金属配位的官能团，优选地，所述能够与金属配位的官能团选自羟基、巯基、羧基和磺酸基。
3.根据权利要求1所述的cof基三相界面催化膜，其特征在于，所述醛基单体选自2,5-二羟基对苯二甲醛、2,5-二巯基对苯二甲醛或2,5-二羧基对苯二甲醛。
4.根据权利要求2或3所述的cof基三相界面催化膜，其特征在于，所述金属纳米颗粒选自钯纳米颗粒、铂纳米颗粒、铜纳米颗粒、镍纳米颗粒、铂纳米颗粒中的一种或多种。
5.一种原位封装金属纳米催化剂的cof基三相界面催化膜的制备方法，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘达标，汪宝堆，顾冬生，陈淮，孙文学，乔磊，薛成启，周树权，孟跟平，严珂，甄立平，
申请(专利权)人：淮安中顺环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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