[发明专利]三联吡啶基钴有机配合物、三联吡啶基钴有机超分子水凝胶及制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种三联吡啶基钴有机配合物、三联吡啶基钴有机超分子水凝胶及制备方法和应用。将1,2,3‑三甲氧基苯与液溴进行取代反应，所得二溴代产物与4‑(2,2’:6’,2”‑三联吡啶基)‑苯硼酸进行Suzuki偶联反应，得到120°型双三联吡啶配体，120°型双三联吡啶配体与二价钴盐进行配位反应，即得三联吡啶基钴有机配合物；将三联吡啶基钴有机配合物均匀分散水中，得到三联吡啶基钴有机超分子水凝胶，该超分子水凝胶不但具有良好的力学强度和稳定性，而且对水催化氧化(OER)表现出较好的催化活性，具有广泛的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种OER催化材料，特别涉及一种由120°型双三联吡啶配体与二价钴离子配位构成的三联吡啶基钴有机配合物制成的水凝胶，还涉及其合成方法以及作为OER水催化材料的应用，属于催化材料技术领域。

背景技术

充足的能源和适宜的环境是人类文明赖以生存的基础和社会发展的必要条件。太阳能是能源之母，被人们视为其中最有潜力的新型能源。太阳光解水制氢是将太阳能转化为化学能的一种绿色途径。其中水氧化半反应因其复杂的四电子四质子转移过程和吸热过程是阻碍水全分解的重要因素之一，所以寻求一种高效稳定的产氧催化剂迫在眉睫。在催化氧化水的研究领域中，目前报道得较多的是基于三联吡啶配体的金属高分子催化材料。三联吡啶是一种良好的三齿配体，整个体系形成一个大的共轭体系，具有很强的给电子能力，三联吡啶配体和金属配合时存在金属到配体的d-π*反馈成键作用，所以三联吡啶配体能够与一些过渡金属离子配位反应，获得基于三联吡啶配体的金属高分子催化材料。但在现有技术中用于水催化还原的催化剂，主要是以钌、铱等贵金属为活性位点的小分子催化材料，存在稳定性差，催化活性低，还未见联吡啶金属有机配体制备超分子水凝胶催化材料用于水催化氧化的相关报道。此外，在现有技术中，一般的三联吡啶配制备的金属高分子催化材料由于金属离子配位的能力相对较弱，形成的金属有机聚合物复合材料的尺寸较小，稳定性差，相对催化效率较低，且合成成本相对较高。

发明内容

针对现有技术中三联吡啶基金属聚合物存在催化活性低以及性质不稳定等缺点，本发明的第一个目的是在于提供一种由120°型双三联吡啶配体与二价钴离子配位形成的三联吡啶基钴有机配合物，其相对单一的三联吡啶共轭体系大大延长，大大提高了二价钴离子的催化活性，同时也提高了三联吡啶基钴有机配合物的稳定性。

本发明的第二个目的是在于提供一种合成三联吡啶基钴有机配合物的方法，该方法操作简单，低成本，满足工业生产要求。

本发明的第三个目的是在于提供一种三联吡啶基钴有机超分子水凝胶，该有机超分子水凝胶可以直接作为OER水催化氧化反应催化剂使用，具有稳定性好，催化活性高以及选择性高等优点，且其尺寸较大，稳定性好，易于回收和重复使用。

本发明的第四个目的是在于提供一种三联吡啶基钴有机超分子水凝胶的制备方法，该方法充分利用三联吡啶基钴有机配合物在水中易于形成凝胶的特点来实现，操作简单，有利于扩大生产。

本发明的第五个目的是在于提供一种三联吡啶基钴有机超分子水凝胶在水催化氧化方面的应用，该三联吡啶基钴有机超分子水凝胶作为水催化氧化催化剂使用过程中，具有用量少，催化活性高，选择性好等特点，且易于回收和重复使用，具有广泛的应用前景。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种三联吡啶基钴有机配合物，其具有式1结构：