【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于共价有机框架材料，具体涉及一种功能基团修饰的二维咪唑基共价有机框架材料、制备方法及其应用。
技术介绍
1、氧还原反应(orr)是燃料电池和金属空气电池等下一代能量存储和转换系统中非常重要的半反应。无金属碳基催化剂具有廉价丰富的来源、高活性、稳定性、大比表面积等优点，在催化orr中引起了相当大的关注，被认为是pt基催化剂的最具潜力的替代材料。目前提升无金属碳基材料催化性能的方法主要有缺陷工程、异质杂原子掺杂、表面修饰等方法。然而，碳基材料的活性中心无法进行精确调控，对其催化活性位点的位置和数量确定仍然是一项重大挑战。因此，开发具有明确而丰富活性位点的无金属催化剂对于orr具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种功能基团修饰的二维咪唑基共价有机框架材料、制备方法及其应用，为电催化4e-orr的2d cofs材料提供了一种新的设计思路。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种功能基团修饰的二维咪唑基共价有机框架材料，所述共价有机框架材料的结构式如下：
4、
5、本专利技术进一步提供了所述共价有机框架材料的制备方法，以2,7-二叔丁基芘-4,5,9,10-四酮、乙酸铵和物质a为原料，使用溶剂热法通过一锅三组分debus-radziszewski缩合反应制备所述共价有机框架材料oh-cof；所述物质a为5'-(4-甲酰基-3-羟基苯基)-3,3”-二羟基-[1,1':3',1”-三联苯
6、
7、进一步，将2,7-二叔丁基芘-4,5,9,10-四酮，乙酸铵和物质a置于反应容器中，加入均三甲苯和二氧六环，充分混合均匀后脱去其中的空气并密封反应，反应物纯化后获得所述共价有机框架材料。
8、更进一步，2,7-二叔丁基芘-4,5,9,10-四酮、乙酸铵和物质a的摩尔比为3:18:2。
9、均三甲苯和二氧六环的体积比为1:1，加入的量无特别要求，能溶解原料即可。
10、进一步，本专利技术反应是在pyrex管中进行，加入均三甲苯和二氧六环后利用超声混合均匀，时间1min左右即可，之后经过三次冷冻-泵-解冻循环脱去pyrex中的空气。
11、所述的密封反应为用火焰将管颈熔封，待冷却至室温后再放入烘箱中反应，优选在150℃烘5天。
12、熔封采用的是丁烷气体为燃料。
13、所述的反应物纯化是在反应结束后用无水乙醇和四氢呋喃洗涤多次，并用四氢呋喃索提48小时，置于真空中80℃干燥12小时。
14、所述的共价有机框架材料可以很好的在电催化氧还原反应方面进行应用。
15、进一步，将共价有机框架材料研磨并均匀分散在nafion、异丙醇和无水乙醇的混合溶液中，使用时滴加溶液在工作电极上。
16、具体的，可以将nafion、异丙醇和无水乙醇在常温下超声分散充分混合。
17、所述nafion、异丙醇和无水乙醇的体积比优选为2:3:95。
18、共价有机框架材料(cofs)是一类新兴的由有机小分子单体通过热力学可逆聚合形成的具有周期性拓扑结构的有机结晶材料。由于其具有结构可设计、功能多样性、高比表面积、孔隙分布均匀以及稳定性好等优点，广泛应用于气体存储和分离、催化、生物医药、化学传感等领域。同时，cofs优异的电荷传输能力和可预测的活性位点使得其用作orr电催化剂成为了可能。
19、本专利技术通过合理选择带有强吸电子基团(-oh)的单体设计cof结构，以debus-radziszewski缩合反应为基础，不仅引入了新的电化学活性位点，而且可以调节cof骨架的能带结构和原本活性位点(咪唑环)的电子环境；同时oh-cof特有的高比表面积和均匀分布的孔隙提供了电子和离子的传输通道，使其具有优异的电催化氧还原反应(orr)性能；并且由oh-cof组装的锌空电池可以点亮一个led面板，说明oh-cof可以实际应用于金属-空气电池领域；并且该催化材料不含金属，具有环境友好性。
20、与现有技术相比，本专利技术优点如下：
21、本专利技术合成的二维咪唑基共价有机框架材料，通过设计引入强吸电子基团，增加了电化学活性位点，调节cofs的电荷密度提高了其电催化性能；同时oh-cof特有的高比表面积和均匀分布的孔隙提供了电子和离子的传输通道，使其具有优异的电催化氧还原反应能，且可以实际应用于金属-空气电池领域。
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1.一种功能基团修饰的二维咪唑基共价有机框架材料，其特征在于，所述共价有机框架材料的结构式如下：
2.权利要求1所述共价有机框架材料的制备方法，其特征在于，以2,7-二叔丁基芘-4,5,9,10-四酮、乙酸铵和物质A为原料，使用溶剂热法通过一锅三组分Debus-Radziszewski缩合反应制备所述共价有机框架材料OH-COF；所述物质A为5'-(4-甲酰基-3-羟基苯基)-3,3”-二羟基-[1,1':3',1”-三联苯]-4,4”-二甲醛，其结构式如下：
3.如权利要求2所述的共价有机框架材料的制备方法，其特征在于，将2,7-二叔丁基芘-4,5,9,10-四酮，乙酸铵和物质A置于反应容器中，加入均三甲苯和二氧六环，充分混合均匀后脱去其中的空气并密封反应，反应物纯化后获得所述共价有机框架材料。
4.如权利要求3所述的共价有机框架材料的制备方法，其特征在于，2,7-二叔丁基芘-4,5,9,10-四酮、乙酸铵和物质A的摩尔比为3:18:2。
5.如权利要求3所述的共价有机框架材料的制备方法，其特征在于，均三甲苯和二氧六环的体积比为1
6.如权利要求3所述的共价有机框架材料的制备方法，其特征在于，所述的密封反应为用火焰将管颈熔封，待冷却至室温后再放入150℃烘箱中反应4-6天。
7.权利要求1所述的共价有机框架材料在电催化氧还原反应方面的应用。
8.如权利要求7所述的应用，其特征在于，将共价有机框架材料研磨并均匀分散在Nafion、异丙醇和无水乙醇的混合溶液中，使用时滴加混合溶液在工作电极上。
9.如权利要求8所述的应用，其特征在于，所述Nafion、异丙醇和无水乙醇的体积比为2:3:95。
...【技术特征摘要】
1.一种功能基团修饰的二维咪唑基共价有机框架材料，其特征在于，所述共价有机框架材料的结构式如下：
2.权利要求1所述共价有机框架材料的制备方法，其特征在于，以2,7-二叔丁基芘-4,5,9,10-四酮、乙酸铵和物质a为原料，使用溶剂热法通过一锅三组分debus-radziszewski缩合反应制备所述共价有机框架材料oh-cof；所述物质a为5'-(4-甲酰基-3-羟基苯基)-3,3”-二羟基-[1,1':3',1”-三联苯]-4,4”-二甲醛，其结构式如下：
3.如权利要求2所述的共价有机框架材料的制备方法，其特征在于，将2,7-二叔丁基芘-4,5,9,10-四酮，乙酸铵和物质a置于反应容器中，加入均三甲苯和二氧六环，充分混合均匀后脱去其中的空气并密封反应，反应物纯化后获得所述共价有机框架材料。
4.如权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：纪又新，陈梦圆，翟黎鹏，李林波，谷雨辰，苏凤梅，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：
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