[发明专利]一种具有电催化活性的磺胺喹噁啉钴化合物及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种具有电催化活性的磺胺喹噁啉钴化合物及其制备方法和用途，该化合物是一种具有电催化活性的钴配位化合物，其分子式为C₄₂H₄₂N₁₀O₆S₂Co，晶系为单斜，空间群为C2/c，晶胞参数α＝90°，β＝126.579°，γ＝90°，钴离子为六配位的八面体几何构型。该化合物是由钴盐、磺胺喹噁啉、4,4’‑二联吡啶按一定比例混合反应而制得，合成步骤简单。本该钴化合物对过氧化氢呈现出良好的电催化活性，从而作为潜在的电催化活性材料有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及材料化学领域，尤其涉及一种具有电催化活性的磺胺喹噁啉钴化合物及其制备方法和用途。

背景技术

电催化反应是使电极、电解质界面上的电荷转移加速的一种催化作用反应。电催化作用覆盖着电极反应和催化作用两个方面，因此电催化材料必需同时具有这两种功能：(1) 能自由地传递电子；(2)能对底物进行有效的催化活化作用。电催化反应主要应用于燃料电池、有机污水的电催化处理，含铬废水的电催化降解，烟道气及原料煤的电解脱硫，电催化同时脱除NO_x和SO₂，二氧化碳的电解还原，甲醛、过氧化氢等的电解还原等。

传统电催化材料主要以铂族金属及其合金为主，这类材料由于存在价格昂贵或资源不足等问题限制了其应用和发展。因此，开发价格低廉的非贵族金属电催化材料成为研究的热点之一。目前，电催化剂研究较多的有硼化镍、碳化钨、钠钨青铜、尖晶石型与钨态矿型的半导体氧化物，以及过渡金属大环配合物，如铁离子的卟啉、酞菁或四偶氮轮烯等活性催化剂。半导体氧化物的稳定性比较差和催化活性比较低，尚处于研究开发阶段；酞菁、卟啉大环共轭配合物由于其本身特殊的大环共轭结构使其具有良好的电催化活性，并且可以通过改变其共轭环上的取代基及中心金属原子和分子聚集方式而具有结构可调变性，赋予了它作为电催化剂性能开发的广阔空间，是铂系催化剂有应用前景的替代品之一，但是催化剂的制备过程过于复杂，副产物较多。过渡金属离子如Cu(II)、Co(II)价电子层有空余的d轨道和未成对的d电子，过渡金属化合物作为催化剂与反应物分子接触，这些催化剂分子中的空余d轨道能够与底物分子的价轨道形成特定的过渡态型的价键，从而活化底物分子，改变反应途径，降低反应的活化能，最终达到催化反应的目的(冉繁敏等人，一种对甲醛具有电化学响应的磺胺嘧啶化合物，专利号为ZL201310349347.2；赵亚云等人，一种对过氧化氢具有电催化活性的钴配合物，专利号为ZL201310420205.0；李星等，一种对过氧化氢具有电催化活性的铜配合物ZL201310420150.3)。在过渡金属离子配位化合物中，有机功能配体的共轭基元能够与不同金属离子的d电子产生不同相互作用，进而改变金属离子能级结构，从而使配位化合物具有良好的催化活性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术，提供一种对过氧化氢具有电催化活性的钴化合物及其合成步骤简单、反应条件温和的制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种磺胺喹噁啉钴化合物，该化合物是一种对过氧化氢具有良好电催化活性的钴配位化合物，简称钴化合物，其结构简式为 [Co(L)₂(bpy)]·2(C₂H₅OH)(L＝脱去一个质子的磺胺喹噁啉，bpy＝4,4’-二联吡啶)，分子式为C₄₂H₄₂N₁₀O₆S₂Co，晶系为单斜，空间群为C2/c，晶胞参数α＝90°，β＝126.579°，γ＝90°，钴离子为六配位的八面体几何构型，其中两个氮配位原子来自于4,4’-二联吡啶，四个氮配位原子来自于两个磺胺喹噁啉，每个结构单元包含一个中心钴离子、两个磺胺喹噁啉、一个4,4’-二联吡啶和两个客体乙醇分子，所述钴化合物制备方法包括以下步骤：