[发明专利]共价三嗪有机框架、限域金属催化剂、制备方法及应用

说明书

本发明提供一种共价三嗪有机框架、限域金属催化剂、制备方法及应用，共价三嗪有机框架包含杂原子N，通过杂原子锚定金属离子，制备限域金属催化剂，其中，通过调控共价三嗪有机框架的结构及配位杂原子的相对含量，可调控金属活性中心密度及相对距离，利用具有配位杂原子N位点的多孔骨架结构，可限域金属在原位反应过程中的结构衍化，形成高活性、高选择性的催化位点；共价三嗪有机框架通过二甲醇基化合物及二甲脒基化合物的前驱体合成，制备方法温和，可大量合成，适用性广；限域金属催化剂在应用于电催化CO₂/CO还原中具有良好的多电子转移产物生成活性及选择性。

技术领域

本发明属于电化学催化领域，涉及一种共价三嗪有机框架、限域金属催化剂、制备方法 及应用。

背景技术

电化学CO₂还原(ERC)技术是利用电能将CO₂还原为各种有机化学品，实现CO₂资源化利用的一种技术，其可在温和条件下将CO₂转化为高附加值的燃料或化学品，具有重要的现实意义。

但目前，电化学CO₂还原存在电化学催化剂的催化活性差、ERC反应过电位高、法拉第 效率低等瓶颈问题，有待进一步发展相关理论，开发高效的催化剂。其中，将具有催化活性 的金属原子/离子锚定在无机或有机材料基底上制备金属基催化剂是提高催化剂电催化CO₂还原反应性能的方法之一。但是，目前研究最为广泛的氮掺杂碳材料锚定的金属单原子材料 (M-NC)在电催化CO₂还原时，产物主要为CO，在多电子(2e-)转移产物(如CH₄，C₂H₄等)的生成活性和选择性上十分不理想。

因此，开发一种新型的、高效的催化剂，应用于电催化CO₂/CO还原，提高多电子转移 产物生成活性及选择性，实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种共价三嗪有机框架、限域金 属催化剂、制备方法及应用，以提供新型的、高效的催化剂，应用于电催化CO₂/CO还原， 解决现有技术中电化学CO₂/CO还原催化剂所面临的多电子转移产物生成活性低及选择性差 的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种共价三嗪有机框架，所述共价三嗪有 机框架的结构通式为：

其中，X、Y各自独立的分别为C原子或N原子中的一种，X与Y中的至少一个为N原子，且N原子作为所述共价三嗪有机框架的杂原子。

本发明还提供一种制备所述共价三嗪有机框架的方法，包括以下步骤：

提供二甲醇基化合物及二甲脒基化合物的前驱体；

将所述前驱体在碱性试剂催化下，在溶剂中进行氧化及缩聚反应，制备所述共价三嗪有 机框架，其中，所述二甲醇基化合物及二甲脒基化合物中的至少一个含有杂环，所述杂环为 2,2-联吡啶，所述共价三嗪有机框架包含杂原子N。

可选地，所述二甲脒基化合物包括2,2’-联吡啶-5,5’-二甲脒及1,1-联苯基4,4'-二甲脒中的 一种；所述二甲醇基化合物包括1,1-联苯基4,4'-二甲醇及2,2’-联吡啶-5,5’-二甲醇中的一种。

本发明还提供一种限域金属催化剂，所述限域金属催化剂通过将上述方法制备的所述共 价三嗪有机框架中的所述杂原子N进行配位以锚定金属离子制备。