[发明专利]共价七嗪聚合物、其制备方法及产生过氧化氢的催化方法

说明书

一种共价七嗪聚合物、其制备方法及产生过氧化氢的催化方法，该共价七嗪聚合物包括如下的结构式：其中，n＝0～5的整数。本发明利用路易斯酸催化的傅克反应制备的基于给体‑受体体系氧化还原中心空间分离的共价七嗪框架是一种全新的共价有机框架材料，其在可见光范围内具有较好的吸收，并且在光照射下催化氧气还原和水氧化生成过氧化氢。

技术领域

本发明属于有机半导体技术领域，涉及一种共价七嗪聚合物、其制备方法及产生过氧化氢的催化方法。

背景技术

过氧化氢自1818年首次被合成后，受到越来越多的关注，并被评为世界上最重要的100种化学物质之一。作为最高活性氧含量的化学物质，过氧化氢被广泛应用于有机合成、废水处理和造纸行业。因此，开发和发展新型、高效、环保的制备过氧化氢工艺展现出巨大的潜力。

当前，工业上制备过氧化氢的主要方法是通过蒽醌法，占目前生产过氧化氢产量的95％。通常，蒽醌法生产过程中需要通过Ni或Pd等金属催化剂，进一步在有机溶剂中利用氢气和氧气转化为过氧化氢。但是以贵金属作为催化剂成本较高，同时氢气作为反应物不利于安全生产，最后产生得到的过氧化氢提纯难度较大。因此，开发和发展出高效环保制备过氧化氢的工艺变得更加迫切。

在过去的几十年内，由于仅需要太阳能作为能量来源，光催化技术迅速发展。在光催化过程中，半导体光催化剂通过接收太阳能，第一步光激发产生光生电子-空穴，并将价带中的光生电子激发迁移到导带，同时留下光生空穴在价带上，下一步，光生电子和空穴分别转移到催化剂的表面，最后，转移到催化剂表面的光生电子-空穴分别发生还原和氧化反应。

近些年，利用光催化制备过氧化氢取得了很大的进步，对于光催化产过氧化氢的机理研究也越来越深入。然而，光催化制备过氧化氢的工艺依然存在着众多的问题，距离工业化生产还有很大的距离。当前，通过光催化水和氧气制备过氧化氢的主要问题在于水氧化过程的四电子过程导致的原子利用率不高，同时光生电子-空穴的复合导致的光利用率低，极大的限制了光催化制备过氧化氢的效率。

碳化氮材料是一种由C、N元素组成的新型有机半导体，由于其在可见光下具有较好的吸收而被成功应用于光催化领域。目前，现有技术中报道了石墨相碳化氮材料应用于光催化水分解制氢气。也报道了g-C₃N₄光催化制备过氧化氢研究，但该方案产生过氧化氢效率低下，且需要牺牲剂的参与。

因此，能够同时具备光催化氧还原和水氧化制备过氧化氢、制备条件温和、能够实现原子100％利用率的高效催化剂开发亟待研究。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种共价七嗪聚合物、其制备方法及产生过氧化氢的催化方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种共价七嗪聚合物，所述共价七嗪聚合物包括如下的结构式：

其中，n＝0～5的整数。

作为本发明的另一个方面，还提供了一种共价七嗪聚合物的制备方法，包括：在惰性气氛下，在溶剂中加入第一单体、第二单体和路易斯酸催化剂反应后生成所述共价七嗪聚合物；

其中，第一单体的结构式为

第二单体的结构式为其中，n＝0～5的整数。

作为本发明的又一个方面，还提供了一种产生过氧化氢的催化方法，包括：

在可见光照射条件下水和氧气在催化剂的作用下反应生成过氧化氢；

所述催化剂包括如上所述的共价七嗪聚合物或如上所述的制备方法得到的共价七嗪聚合物。

基于上述技术方案可知，本发明的共价七嗪聚合物、其制备方法及产生过氧化氢的催化方法相对于现有技术至少具有以下优势之一或一部分：