[发明专利]一种聚咔唑负载钴杂化材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种聚咔唑负载钴杂化材料及其制备方法与应用。具体而言，本发明通过后修饰配位的方法制备了聚咔唑负载钴肟杂化材料，钴均匀分散在基底聚咔唑材料上。该材料能够在光照条件下催化析氢反应，具有高效、反应条件绿色温和等特点。转化反应结束后，将催化剂从体系中分离出来，投入到下一轮反应，循环3次后仍能保持稳定且其催化活性也未出现明显降低。

技术领域

本发明属于催化化学技术领域，涉及一种咔唑聚合物负载钴杂化材料及其制备方法与应用。

背景技术

能源、环境问题是当今社会面临的重要难题，开发清洁能源、减少化石燃料的使用可以优化现有的能源结构，是解决能源问题的一个有效途径。其中，氢能是十分绿色的可再生资源，氢能燃烧提供能量只有水作为副产物产生，是一类环境友好型能源，然而氢气的产生和存储又是目前面临的重要问题。在众多的产氢方法中，光催化析氢反应是比较绿色经济的方式，其以太阳能作为驱动力最大限度的降低了能量消耗。目前，光催化析氢反应所用的催化剂大多为贵金属催化剂，虽然具有较高的催化效率，但是其昂贵的价格限制了它们的实际应用。因此，使用廉价金属催化剂代替贵金属催化剂是一个行之有效的途径。钴肟作为一类典型的廉价金属催化已经广泛用于光催化析氢反应，然而，在催化体系中钴肟多为均相状态，不能实现重复利用。如何同时实现光催化剂和共催化剂的回收利用，是目前光催化析氢反应需要解决的问题。

发明内容

针对上述情况，本发明的目的在于提供一种聚合物负载钴杂化材料及其制备方法和用途。以该聚合物负载钴杂化材料作为催化剂，实现光催化析氢反应。另外，在上述反应体系中，作为催化剂使用的聚合物负载钴纳米材料可以被循环利用3次以上，循环3次后仍然稳定，并且其催化活性也未出现明显降低，是一种有效且高效的催化剂。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种聚咔唑负载钴杂化材料，包括咔唑聚合物、钴；钴均匀分布在咔唑聚合物上；其基底为咔唑聚合物，其中金属钴呈现的化合价为三价，聚合物中氮呈现出两种存在形式分别为吡啶类型和吡咯类型，杂化材料中氮呈现出三种存在形式分别为吡啶类型、吡咯类型和N-O；优选的，聚咔唑负载钴杂化材料中，钴的负载量为10 wt %～15 wt %，优选13.76wt %。

本发明公开了上述聚咔唑负载钴杂化材料的制备方法，包括如下步骤：将含有钴盐、丁二酮肟和聚咔唑的乙醇溶液回流搅拌反应，得到聚咔唑负载的钴杂化材料。

上述技术方案中，回流搅拌反应结束后离心处理，沉淀物依次用乙醇、乙醚洗涤，然后真空干燥，得到聚咔唑负载钴杂化材料。

上述技术方案中，回流搅拌反应的时间为10～15小时，优选12小时。

上述技术方案中，钴盐为CoCl₂·6H₂O；聚咔唑负载钴杂化材料中，钴的负载量为10wt %～15 wt %，优选13.76 wt %，可以利用金属钴与聚合物材料之间的质量百分比获得。

上述技术方案中，所述反应在空气氛围中进行。

上述技术方案中，聚咔唑、钴盐、丁二酮肟的重量比为100∶60∶68。

上述聚咔唑负载钴杂化材料的制备方法可表示如下：在空气条件下，将含有CoCl₂·6H₂O、丁二酮肟和聚咔唑的乙醇溶液回流搅拌反应12小时，反应结束，冷却至室温后通过离心除去乙醇溶剂，得到的沉淀物依次用乙醇、乙醚洗涤，然后真空干燥，得到聚咔唑负载钴杂化材料（Co/CNP）。