[发明专利]一种钴配位聚合物纳米材料及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种钴配位聚合物纳米材料及其制备方法和用途，其中钴配位聚合物纳米材料为{双钴‑双{1,4‑双[2‑(4‑吡啶基)乙烯]‑2,3,5,6‑四甲基苯}(1,2,4,5‑苯四甲酸基)(双水)}_n，n为任意正整数。本发明钴配位聚合物纳米材料合成工艺简单、分散性好、热稳定性高、催化性能好，能作为光催化降解有机染料的催化剂。经简单水洗后干燥，即可进入下一轮循环实验。经5次循环后，该纳米材料仍保持稳定，其催化活性也未出现明显降低。

技术领域

本发明涉及一种光催化新材料的制备方法和用途，具体涉及一种钴配位聚合物纳米材料及其制备方法和用途。

背景技术

近年来，功能配位聚合物材料取得了飞速的发展。它们不仅表现出丰富迷人的拓扑结构，而且在诸多领域，如催化、吸附存储、磁性、荧光、非线性光学、电子器件等方面都具有广阔的应用价值，因此，设计合成具有特定结构和性能的配位聚合物材料显得尤为重要。

随着工业的迅猛发展，染料废水是人类面对水污染的最主要的问题之一。染料废水主要产生于印染、纺织、染料及染料中间体等生产行业，其成分较为复杂，毒性强，颜色深，降解难，组分变化多，且排污量大，一直是工业废水处理的难点。科学家们通过不断地探索发现：光催化降解废水中的有机染料具有可在常温常压下反应，反应条件温和，且可以将有机染料降解为无毒害的无机物的优点。目前对此类光催化剂研究多集中在宽禁带的半导体材料，例如TiO₂、ZnO、SnO₂等，它们自身具有较宽的带隙能，仅能被短波长的紫外光激发，对太阳光的利用效率并不高。通过Kubelka-Munk方程计算可知，配位聚合物具有窄禁带的半导体性能，且热稳定性高，因此，在可见光催化、太阳能利用等领域有着巨大的应用潜能。

发明内容

本发明旨在提供一种钴配位聚合物纳米材料及其制备方法和用途。本发明制备的钴配位聚合物纳米材料作为光催化剂降解染料具有优良的活性和稳定性，循环使用5次后，催化活性没有明显降低。

本发明钴配位聚合物纳米材料，为{双钴-双{1,4-双[2-(4-吡啶基)乙烯]-2,3,5,6-四甲基苯}(1,2,4,5-苯四甲酸基)(双水)}_n，n为任意正整数。其中1,4-双[2-(4-吡啶基)乙烯]-2,3,5,6-四甲基苯和1,2,4,5-苯四甲酸结构如下：

本发明钴配位聚合物纳米材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：钴配位聚合物的合成

将1,4-双[2-(4-吡啶基)乙烯]-2,3,5,6-四甲基苯3.40g、六水合氯化钴2.38g、1,2,4,5-苯四甲酸1.27g、0.1mol/L盐酸5mL以及去离子水80mL加入到150mL反应釜中，于马弗炉中160℃恒温反应36小时，然后缓慢降至室温，可得钴配位聚合物的晶体；

其中1,4-双[2-(4-吡啶基)乙烯]-2,3,5,6-四甲基苯、六水合氯化钴和1,2,4,5-苯四甲酸的摩尔比为2:2:1。

钴配位聚合物的晶体属于三斜晶系，空间群为，晶胞参数为α＝75.01(3)°，β＝74.22(3)°，γ＝82.74(3)°，Z＝2。

步骤2：纳米材料的制备

取步骤1制备的钴配位聚合物20mg置于研钵中，研磨10分钟，再转移入小试管中，向其中加入5mL二甲亚砜于超声仪中超声20分钟，再向其中滴加20mL分散溶剂，不断搅拌1小时，离心分离，用丙酮洗涤，随后于60℃真空干燥箱中干燥，得到钴配位聚合物纳米粉末。

所述分散溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇中的任意一种，优选乙醇。

本发明钴配位聚合物纳米材料的用途，是在光催化降解染料时作为催化剂的应用。