本發(fā)明屬于材料制備和光催化，具體涉及一種具有雙重互穿結(jié)構(gòu)的四嗪基三維共價有機框架的制備方法和在光催化合成尿素中的應用。

背景技術(shù)：

1、尿素作為一種重要的氮肥，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的原料。除此之外，尿素還具有廣泛的非農(nóng)業(yè)應用，可廣泛用于醫(yī)藥和染料等產(chǎn)品的制備。尿素的工業(yè)合成目前采用bosch-meiser工藝，該工藝需要高溫高壓反應條件，消耗大量能源并排放大量溫室氣體co2。因此，采用節(jié)能環(huán)保的路線合成尿素就顯得尤為重要。

2、共價有機框架材料是由共價鍵鏈接的具有精確拓撲結(jié)構(gòu)、明確孔徑分布的晶型多孔材料。cofs材料多是由一些較輕的化學元素(c、n、b、o、si)組成且具有優(yōu)異的孔性質(zhì)、較大的比表面積和較好的穩(wěn)定性以及易于功能化等諸多優(yōu)點，近年來被廣泛應用在氣體儲存與分離、光電材料，催化、藥物釋放和能源等領(lǐng)域并且表現(xiàn)出了優(yōu)異的應用前景，從而受到材料學家和化學家的廣泛關(guān)注與研究，成為繼金屬-有機框架(mofs)之后出現(xiàn)的又一類新型功能材料。與通過非共價鍵鏈接而成傳統(tǒng)無機多孔材料相比，cofs都是通過共價鍵鏈接的，在材料的孔的性質(zhì)得到保持的同時，分子網(wǎng)格結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固。由于構(gòu)成cofs的分子結(jié)構(gòu)單元與合成方法的多樣性，不僅使最終的cofs材料具有豐富的結(jié)構(gòu)組成和可控的孔性質(zhì)，更重要的是還可以通過目的性地引入功能化的構(gòu)筑單元，進而使最終的材料具有相應的功能性質(zhì)。

3、本發(fā)明根據(jù)共價有機框架材料的特性，研發(fā)一種可以在常溫常壓下催化nh3和co2生成尿素的使用亞胺鍵鏈接的具有雙重互穿結(jié)構(gòu)的四嗪基三維共價有機框架。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的提供一種具有雙重互穿結(jié)構(gòu)的四嗪基三維共價有機框架的制備方法和在光催化合成尿素中的應用，旨在解決現(xiàn)有能源危機和或全球變暖的環(huán)境問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

3、一種具有雙重互穿結(jié)構(gòu)的四嗪基三維共價有機框架的制備方法，包括如下步驟：

4、步驟一、將5,5'-(1,2,4,5-四嗪-3,6-二基)雙苯-1,3-二胺和1,3,5-三(對甲?；交?苯按照摩爾比3:4的比例加入到含有均三甲苯和二氧六環(huán)混合溶劑的耐高壓玻璃容器中，加入乙酸溶液；

5、步驟二、將耐高壓玻璃容器中沖入氮氣，進行脫氣處理后將其抽成真空狀態(tài)密封；

6、步驟三、將封口的玻璃容器放置于烘箱中，加熱、并保溫；

7、步驟四、反應物冷卻至25攝氏度，過濾，分別用四氫呋喃和丙酮洗滌沉淀，真空干燥，得到具有ffc拓撲結(jié)構(gòu)的雙重互穿的四嗪基三維共價有機框架，四嗪基三維共價有機框架的結(jié)構(gòu)式為產(chǎn)率約為60％。

8、進一步，步驟一中每毫升所述混合溶劑中含有5,5'-(1,2,4,5-四嗪-3,6-二基)雙苯-1,3-二胺和1,3,5-三(對甲酰基苯基)苯的總質(zhì)量之和為15-35毫克。

9、進一步，步驟二中脫氣處理至少為3次。

10、進一步，步驟三中加熱至120攝氏度，保溫72小時。

11、進一步，步驟四中干燥溫度為60攝氏度，干燥至洗滌劑完全蒸發(fā)。

12、一種具有雙重互穿結(jié)構(gòu)的四嗪基三維共價有機框架在光催化合成尿素中的應用，所述具有雙重互穿結(jié)構(gòu)的四嗪基三維共價有機框架為根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項所述的具有雙重互穿結(jié)構(gòu)的四嗪基三維共價有機框架的制備方法制備的具有ffc拓撲結(jié)構(gòu)的雙重互穿的四嗪基三維共價有機框架。

13、進一步，在光催化間歇式反應器中，所述具有雙重互穿結(jié)構(gòu)的四嗪基三維共價有機框架作為光催化劑，將nh3和co2經(jīng)光催化偶聯(lián)反應得到尿素。

14、進一步，所述光催化溫度為25攝氏度；催化反應在光照下進行。

15、進一步，水作為反應體系的溶劑。

16、進一步，在光照下，nh3/co2氣氛中，產(chǎn)生尿素的速率為532μmol?g-1h-1。

17、本發(fā)明由于采用了上述的結(jié)構(gòu)，其與現(xiàn)有技術(shù)相比，所取得的技術(shù)進步至少具有以下的一項：

18、1.本發(fā)明構(gòu)筑的雙重互穿結(jié)構(gòu)的四嗪基三維共價有機框架材料通過5,5'-(1,2,4,5-四嗪-3,6-二基)雙苯-1,3-二胺和1,3,5-三對(甲?；交?苯的醛胺縮合縮合反應獲得。在光驅(qū)動下，具備十分優(yōu)異的光催化nh3和co2偶聯(lián)生成尿素的性能。

19、2.本發(fā)明提供的具有雙重互穿結(jié)構(gòu)的四嗪基三維共價有機框架制備方法操作簡單，光催化性能優(yōu)異且有利于催化劑的可回收利用，具備優(yōu)異的實際商業(yè)化應用潛力。

20、3.本發(fā)明具有雙重互穿結(jié)構(gòu)的四嗪基三維共價有機框架材料的催化反應體系為純水，具備反應體系綠色、無污染、低成本的特點。

技術(shù)特征：

1.一種具有雙重互穿結(jié)構(gòu)的四嗪基三維共價有機框架的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙重互穿結(jié)構(gòu)的四嗪基三維共價有機框架的制備方法，其特征在于：步驟一中每毫升所述混合溶劑中含有5,5'-(1,2,4,5-四嗪-3,6-二基)雙苯-1,3-二胺和1,3,5-三(對甲酰基苯基)苯的總質(zhì)量之和為15-35毫克。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙重互穿結(jié)構(gòu)的四嗪基三維共價有機框架的制備方法，其特征在于：步驟二中脫氣處理至少為3次。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙重互穿結(jié)構(gòu)的四嗪基三維共價有機框架的制備方法，其特征在于：步驟三中加熱至120攝氏度，保溫72小時。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙重互穿結(jié)構(gòu)的四嗪基三維共價有機框架的制備方法，其特征在于：步驟四中干燥溫度為60攝氏度，干燥至洗滌劑完全蒸發(fā)。

6.一種具有雙重互穿結(jié)構(gòu)的四嗪基三維共價有機框架在光催化合成尿素中的應用，其特征在于：所述具有雙重互穿結(jié)構(gòu)的四嗪基三維共價有機框架為根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項所述的具有雙重互穿結(jié)構(gòu)的四嗪基三維共價有機框架的制備方法制備的具有ffc拓撲結(jié)構(gòu)的雙重互穿的四嗪基三維共價有機框架。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有雙重互穿結(jié)構(gòu)的四嗪基三維共價有機框架在光催化合成尿素中的應用，其特征在于：在光催化間歇式反應器中，所述具有雙重互穿結(jié)構(gòu)的四嗪基三維共價有機框架作為光催化劑，將nh3和co2經(jīng)光催化偶聯(lián)反應得到尿素。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有雙重互穿結(jié)構(gòu)的四嗪基三維共價有機框架在光催化合成尿素中的應用，其特征在于：所述光催化溫度為25攝氏度；催化反應在光照下進行。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的具有雙重互穿結(jié)構(gòu)的四嗪基三維共價有機框架在光催化合成尿素中的應用，其特征在于：水作為反應體系的溶劑。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的具有雙重互穿結(jié)構(gòu)的四嗪基三維共價有機框架在光催化合成尿素中的應用，其特征在于：在光照下，nh3/co2氣氛中，產(chǎn)生尿素的速率為532μmol?g-1h-1。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種具有雙重互穿結(jié)構(gòu)的四嗪基三維共價有機框架的制備方法，包括如下步驟：一、將5,5'?(1,2,4,5?四嗪?3,6?二基)雙苯?1,3?二胺和1,3,5?三(對甲?；交?苯加入到含有均三甲苯和二氧六環(huán)混合溶劑的耐高壓玻璃容器中，加入乙酸溶液；二、將容器中沖入氮氣，進行脫氣密封；三、將封口容器放置于烘箱中，加熱、并保溫；四、反應物冷，過濾，洗滌沉淀，真空干燥，得到具有ffc拓撲結(jié)構(gòu)的雙重互穿的四嗪基三維共價有機框架，四嗪基三維共價有機框架的結(jié)構(gòu)式為產(chǎn)率約為60％；本發(fā)明采用構(gòu)筑的雙重互穿結(jié)構(gòu)的四嗪基三維共價有機框架材料通過醛胺縮合縮合反應獲得；制備方法操作簡單，光催化性能優(yōu)異且有利于催化劑的可回收利用；適用于尿素生產(chǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：姜建壯,王康,李寧
受保護的技術(shù)使用者：北京科技大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6