本發(fā)明涉及有機化合物，具體涉及一種三唑并三嗪基稠環(huán)富氮有機共價骨架及其制備方法和應用。

背景技術(shù)：

1、隨著人類社會工業(yè)化、城市化進程的不斷加快，能源需求持續(xù)攀升，傳統(tǒng)的化石燃料如煤炭、石油等因儲量有限且燃燒過程中產(chǎn)生大量污染物，已難以滿足可持續(xù)發(fā)展的需求。因此，開發(fā)高效、清潔的可再生能源成為全球范圍內(nèi)的研究熱點。

2、太陽能作為一種無窮無盡、清潔無污染的可再生能源，其利用方式之一的光催化技術(shù)受到了廣泛關注。光催化技術(shù)能夠通過光能驅(qū)動化學反應，實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換和存儲，在制備氫氣、過氧化氫、還原二氧化碳等領域具有巨大潛力。高效的光催化劑是實現(xiàn)這一技術(shù)的關鍵。

3、三唑并三嗪基稠環(huán)富氮有機共價骨架(covalent?organic?frameworks，cofs)作為一種新型的有機半導體材料，因其獨特的結(jié)構(gòu)特征，以及具有合適的禁帶寬度和更多的氮活性位點，在光催化領域展現(xiàn)出巨大的應用前景。目前，c3n4類化合物(特別是石墨相氮化碳g-c3n4)作為典型的代表，傳統(tǒng)的c3n4類化合物主要由七嗪環(huán)或三嗪環(huán)等基本結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成，這些結(jié)構(gòu)賦予了材料獨特的物理化學性質(zhì)，成為光催化研究的熱點之一。其結(jié)構(gòu)和性能仍具有進一步優(yōu)化的空間，研究者們主要集中于對傳統(tǒng)c3n4類材料進行改性，以提高其光催化活性和光催化效率，但其性能提升近年來并不明顯。而對于具有新結(jié)構(gòu)的新型c3n4三唑并三嗪基稠環(huán)富氮有機共價骨架的研究相對較少。

4、新型富氮稠環(huán)化合物的構(gòu)建和合成，可能為c3n4類材料帶來新的結(jié)構(gòu)特點和性質(zhì)，還可能通過調(diào)控其結(jié)構(gòu)，進一步優(yōu)化其光催化性能。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種三唑并三嗪基稠環(huán)富氮有機共價骨架及其制備方法和應用，以提供一種新型的三唑并三嗪基稠環(huán)富氮有機共價骨架，從而提供一種新的光催化劑。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種三唑并三嗪基稠環(huán)富氮有機共價骨架，所述富氮稠環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)如式ⅰ所示：

4、

5、經(jīng)檢測分析得知，本發(fā)明的三唑并三嗪基稠環(huán)富氮有機共價骨架，具有三[1,2,4]三唑并[1,5-a:1’,5’-c:1”,5”-e][1,3,5]三嗪和三嗪環(huán)結(jié)構(gòu)的c3n4類有機共價骨架，打破了目前c3n4類材料只有七嗪和三嗪兩種結(jié)構(gòu)單元的局面，使得其在光催化劑領域具有潛在的應用價值。且本發(fā)明的三唑并三嗪基稠環(huán)富氮有機共價骨架中，具有非常高的氮含量。豐富的氮元素不僅可以提高材料的極性，增強其與特定物質(zhì)的相互作用，還可以為后續(xù)的改性或功能化提供豐富的活性位點。

6、本發(fā)明還提供一種如本發(fā)明所述的三唑并三嗪基稠環(huán)富氮有機共價骨架的制備方法，包括以下步驟：

7、將2,6,10-三甲腈-三[1,2,4]三唑并[1,5-a:1’,5’-c:1”,5”-e][1,3,5]三嗪化合物和催化劑加入無機溶劑中，在加熱和惰性氣體保護的條件下發(fā)生氰基環(huán)三聚反應，得到粗產(chǎn)物；

8、將粗產(chǎn)物置于酸溶液或有機溶劑中，過濾，得到所述三唑并三嗪基稠環(huán)富氮有機共價骨架。

9、本發(fā)明的制備方法，通過使用2,6,10-三甲腈-三[1,2,4]三唑并[1,5-a:1’,5’-c:1”,5”-e][1,3,5]三嗪化合物作為起始材料，經(jīng)過其自身直接聚合反應，形成了具有高度交聯(lián)和穩(wěn)定性的三唑并三嗪基稠環(huán)富氮有機共價骨架。這種結(jié)構(gòu)能夠抵抗多種化學和物理環(huán)境的影響，增強材料的耐用性和使用壽命。

10、本發(fā)明的制備方法，在加熱和惰性氣體保護的條件下進行，避免了高溫高壓等苛刻的反應條件，降低了能耗和設備要求，提高了制備過程的安全性和可行性。同時，惰性氣體保護還可以有效防止空氣中的氧氣對反應的影響，保證反應的順利進行。將中間產(chǎn)物置于酸溶液或有機溶劑中進行處理，可以通過簡單的過濾操作得到純凈的富氮稠環(huán)化合物。這種后處理方法簡單易行，無需復雜的分離和純化步驟，降低了生產(chǎn)成本和時間成本。由于三唑并三嗪基稠環(huán)富氮有機共價骨架具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和豐富的氮含量，它在多個領域都顯示出潛在的應用價值。例如，在催化、吸附、分離、能源存儲和轉(zhuǎn)換等方面，三唑并三嗪基稠環(huán)富氮有機共價骨架都可以發(fā)揮重要作用。此外，它還可以作為模板或前驅(qū)體，用于制備其他具有特殊結(jié)構(gòu)和功能的材料，具有廣闊的應用前景。

11、優(yōu)選的，三唑并三嗪基稠環(huán)富氮有機共價骨架的制備方法，包括以下步驟：

12、將2,6,10-三甲腈-三[1,2,4]三唑并[1,5-a:1’,5’-c:1”,5”-e][1,3,5]三嗪化合物和催化劑按照一定的比例，在手套箱中混合均勻，并放置于帶有陶瓷蓋子的坩堝或安瓿瓶中。隨后密封坩堝或安瓿瓶，將密封好的坩堝或安瓿瓶拿出手套箱。若反應使用安瓿瓶作為反應器，則安瓿瓶在開始反應前需要真空融封處理。將處理好的坩堝或安瓿瓶放置于管式爐中，管式爐用惰性氣體真空回填不少于3次。在惰性氣流下加熱管式爐，反應結(jié)束后得到式ⅰ化合物的粗產(chǎn)物。

13、將得到的粗產(chǎn)物研磨成粉末，放置于酸或有機溶劑中，攪拌一段時間后，過濾得到式ⅰ化合物，即三唑并三嗪基稠環(huán)富氮有機共價骨架。

14、優(yōu)選的，所述催化劑選自三氟甲磺酸、三氟乙酸和氯化鉀-氯化鈉-氯化鋅三元共晶鹽中的至少一種。

15、優(yōu)選的是所述三氟甲磺酸或三氟乙酸與2,6,10-三甲腈-三[1,2,4]三唑并[1,5-a:1’,5’-c:1”,5”-e][1,3,5]三嗪化合物的摩爾比為0.1:1～5:1

16、優(yōu)選的，所述氯化鉀-氯化鈉-氯化鋅三元共晶鹽與2,6,10-三甲腈-三[1,2,4]三唑并[1,5-a:1’,5’-c:1”,5”-e][1,3,5]三嗪化合物的質(zhì)量比為1:1～10:1。

17、優(yōu)選的，所述氯化鉀、氯化鈉和氯化鋅的質(zhì)量比為10:13:75。三元共晶鹽為混合粉末狀。

18、優(yōu)選的，所述加熱的溫度為200℃～350℃。

19、優(yōu)選的，所述加熱的時間為2～48h。

20、優(yōu)選的，所述酸選自鹽酸溶液、硫酸溶液或二者的混合溶液，酸溶液中鹽酸的濃度為0.1～3.0mol/l；

21、優(yōu)選的，所述有機溶劑選自碳原子數(shù)為1～6的醇、碳原子數(shù)為1～6的腈中的至少一種；

22、所述將中間產(chǎn)物置于酸溶液或有機溶劑中，需攪拌1～24h后，再過濾。

23、本發(fā)明還提供一種如本發(fā)明所述三唑并三嗪基稠環(huán)富氮有機共價骨架的應用，所述三唑并三嗪基稠環(huán)富氮有機共價骨架作為光催化劑。

24、優(yōu)選的，所述三唑并三嗪基稠環(huán)富氮有機共價骨架作為光催化劑制備過氧化氫、co2還原為甲酸、硝基苯還原為氨基苯等具有優(yōu)異的光催化效果。

25、其中，所述2,6,10-三甲腈-三[1,2,4]三唑并[1,5-a:1’,5’-c:1”,5”-e][1,3,5]三嗪化合物的結(jié)構(gòu)如式ⅰ所示：

26、

27、經(jīng)檢測分析得知，該2,6,10-三甲腈-三[1,2,4]三唑并[1,5-a:1’,5’-c:1”,5”-e][1,3,5]三嗪化合物，具有二維平面結(jié)構(gòu)、氮含量豐富和三個氰基基團的特點，能進一步發(fā)生環(huán)三聚反應，在新型氮化碳類三唑并三嗪基稠環(huán)富氮有機共價骨架的原料中具有潛在的應用價值。

28、本發(fā)明的有益效果：

29、本發(fā)明的三唑并三嗪基稠環(huán)富氮有機共價骨架，具有[1,2,4]三唑并[1,5-a:1’,5’-c:1”,5”-e][1,3,5]三嗪和三嗪環(huán)結(jié)構(gòu)的c3n4類有機共價骨架，打破了目前c3n4類材料只有七嗪和三嗪兩種結(jié)構(gòu)單元的局面，其在光催化劑領域具有潛在的應用價值。且本發(fā)明的三唑并三嗪基稠環(huán)富氮有機共價骨架中，具有非常高的氮含量。豐富的氮元素不僅可以提高材料的極性，增強其與特定物質(zhì)的相互作用，還可以為后續(xù)的改性或功能化提供豐富的活性位點。

30、本發(fā)明的制備方法，通使用2,6,10-三甲腈-三[1,2,4]三唑并[1,5-a:1’,5’-c:1”,5”-e][1,3,5]三嗪化合物作為起始材料，經(jīng)過直接聚合反應，過程中不產(chǎn)生小分子副產(chǎn)物，形成了具有高度交聯(lián)和穩(wěn)定性的三唑并三嗪基稠環(huán)富氮有機共價骨架。這種結(jié)構(gòu)能夠抵抗多種化學和物理環(huán)境的影響，增強材料的耐用性和使用壽命。

31、本發(fā)明的制備方法，在加熱和惰性氣體保護的條件下進行，避免了高溫高壓等苛刻的反應條件，降低了能耗和設備要求，提高了制備過程的安全性和可行性。同時，惰性氣體保護還可以有效防止空氣中的氧氣對反應的影響，保證反應的順利進行。將中間產(chǎn)物置于酸溶液中進行處理，可以通過簡單的過濾操作得到純凈的富氮稠環(huán)化合物。這種后處理方法簡單易行，無需復雜的分離和純化步驟，采用的輔助材料很容易回收，降低了生產(chǎn)成本和時間成本。由于三唑并三嗪基稠環(huán)富氮有機共價骨架具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和豐富的氮含量，它在多個領域都顯示出潛在的應用價值。例如，在催化、吸附、分離、能源存儲和轉(zhuǎn)換等方面，三唑并三嗪基稠環(huán)富氮有機共價骨架都可以發(fā)揮重要作用。此外，它還可以作為模板或前驅(qū)體，用于制備其他具有特殊結(jié)構(gòu)和功能的材料，具有廣闊的應用前景，在有機化合物技術(shù)領域，具有推廣應用價值。