本發明屬于mof材料領域，具體涉及一種用于催化co2還原二維咪唑基材料及其制備方法。

背景技術：

1、金屬-有機框架(metal-organic?frameworks，簡稱mofs)是一類由金屬離子或團簇與有機配體通過自組裝形成的多孔晶體材料。由于其高比表面積、可設計的孔道結構、多樣的功能化方式以及優異的光電性能，mofs在光催化領域顯示出巨大的應用潛力，尤其是在光催化還原二氧化碳方面。

2、mofs的多孔結構為co2分子提供了易于接觸的活性位點，而其可調節的電子結構和能帶結構可以通過設計有機配體和金屬中心來優化，從而提高光生載流子的分離效率和催化活性。此外，mofs的結構多樣性允許研究人員通過合成不同類型的mof來探索不同的催化機制和提高co2還原的選擇性。

3、二維金屬有機框架(2d?mofs)是一類具有高度有序的二維結構的材料，由金屬離子或團簇與有機配體通過自組裝形成。這些材料因其獨特的結構特點，如大面積的比表面積、可調節的孔道結構和電子性質，在光催化領域展現出巨大的應用潛力。二維金屬有機框架(2d?mofs)因其獨特的物理和化學性質，在光催化領域展現出巨大的潛力。2d?mofs具有高比表面積、可調節的電子結構和優異的光吸收性能，這些特點使得它們成為高效光催化劑的理想候選材料。在光催化中，2d?mofs能夠提供豐富的活性位點，促進光生載流子的分離和遷移，從而提高催化效率。

4、近期的研究進展表明，通過對mof中的金屬位點進行自旋態調控、集成孔分區和開放金屬位點、以及構建雙金屬或多金屬mof等策略，可以顯著提升光催化co2還原的效率和選擇性。例如，某些mof材料在可見光照射下能夠將co2高效率地還原為co或其他有機物，且表現出良好的穩定性。

5、綜上所述，mofs作為光催化還原二氧化碳的背景技術，憑借其獨特的結構和可調諧的性能，已經成為該領域的研究熱點，并在實現co2資源化和緩解溫室效應方面展現出廣闊的應用前景。但現有技術中以2d?mofs作為材料制備的光催化劑雖具有較高的選擇性但熱穩定性和催化產率較低。

6、現有技術的缺陷還包括以下三個方面，首先現有技術原料成本高，通常需要貴金屬鹽以及復雜的有機配體，合成難度大，價格高；其次合成方法及其復雜，通常需要高溫高壓的反應條件，需要超聲剝離等步驟，甚至還會涉及電解設備和電能消耗；最后現有技術的廢物處理過程，也會增加環境的負擔。

7、因此，亟需一種選擇性高并且具有較好的穩定性和極高的催化產率同時還兼顧低成本低能耗的光催化劑材料。

技術實現思路

1、為解決上述現有技術中以2d?mofs作為材料制備的光催化劑雖具有較高的選擇性但穩定性和催化產率較低且成本較高的技術問題，本發明提供了一種具有高選擇性光還原二氧化碳的光催化材料，以該材料作為催化劑可以有效提高光催化還原二氧化碳的產量。

2、本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：

3、一種用于催化co2還原的二維咪唑基材料，材料的單晶結構分子式為：

4、[fe(pbi)(scn)2](以下簡稱為pbi-fe)；其中，pbi為1，1′-(1，4-亞苯基)雙(1h-咪唑)；該材料屬于正交晶系，n-fe-n鍵鍵角范圍為86.08(12)-179.57(13)，通過配體與金屬鐵原子連接，橋聯形成規則的二維網狀結構；與現有技術相比，該二維網狀結構的mof可進一步提高光催化二氧化碳還原的選擇性和產量。

5、本發明的第二目的是提供一種上述二維咪唑基材料的制備方法，主要包括以下步驟：

6、s1、將二鹵代苯、咪唑、銅鹽、碳酸鹽、水楊醛肟溶解在脫氣乙腈中并在n2氛圍下升溫反應，反應結束冷卻后加入二氯甲烷洗滌過濾，隨后依次用水和鹽水萃取，最后經硫酸鹽干燥旋蒸得到有機配體pbi；

7、s2、在甲醇溶液中加入步驟s1中pbi與硫氰酸鉀混勻得到混合溶液，隨后將混合溶液、鐵鹽溶液以及甲醇水溶液按照密度從大到小的順序置于反應容器中，密封靜置即可得到適合單晶x射線衍射測試的二維咪唑基材料。

8、所述步驟s1中二鹵代苯與咪唑、銅鹽、碳酸鹽、水楊醛肟的摩爾比為1：

9、1.5～3.5：0.03～0.10：2～5：0.04～0.40，脫氣乙腈與二氯甲烷的體積比為1：5.0～12.5；脫氣乙腈與水的體積比為1：4.5～11.5；脫氣乙腈與鹽水的體積比為1：3～8，其中鹽水的濃度為1％～20％。

10、作為本發明的一種優選，所述步驟s1中二鹵代苯為1,4二碘苯或1,4二溴苯；銅鹽為碘化亞銅、硫酸銅、氧化亞銅中的一種；碳酸鹽為碳酸銫或碳酸鉀；硫酸鹽為硫酸鎂或硫酸鈉。

11、作為本發明的一種優選，所述步驟s1中反應溫度為80～90℃，反應時間為24h～72h。

12、所述步驟s2中混合溶液與鐵鹽溶液的摩爾濃度比為1：0.15～0.3；混合溶液中pbi與硫氰酸鉀的摩爾比為1：0.2～2；混合溶液與甲醇水溶液的體積比為1：0.5～0.8，其中甲醇水溶液為50.0％～66.7％的甲醇溶液；密封靜置時間為3～30天。

13、作為本發明的一種優選，所述步驟s2中鐵鹽為三氟甲磺酸亞鐵、高氯酸亞鐵、氯化亞鐵、四氟硼酸亞鐵中的一種。

14、本發明的第三目的是提供上述二維咪唑基材料作為光催化劑在提高光催化還原二氧化碳產量中的應用。pbi-fe作為二維金屬有機框架(2d?mofs)，因其超薄的厚度、較大的比表面積和高度可及的活性位點而在光催化領域顯示出巨大的潛力；這些材料的結構特點使其在光吸收、電荷分離和傳輸方面具有優勢，從而在光催化還原二氧化碳等應用中表現出色。二維mof材料在人工光合作用領域的應用潛力主要體現在其能夠模擬自然光合作用中的光催化過程。通過設計和優化二維mof的結構，可以實現高效的co2光還原，這對于人工光合作用系統的開發至關重要。這些系統旨在利用太陽能將co2轉化為燃料和化學品，是實現碳中和目標的有效途徑。

15、綜上所述，本發明的二維咪唑基材料在高效光還原二氧化碳方面展現出的特性，使其在人工光合作用領域具有廣闊的應用前景，有望為未來的可持續能源技術提供強有力的支持。具體的，以pbi-fe材料作為催化劑、rups為光敏劑、bih為犧牲劑構建催化體系，在飽和二氧化碳的乙腈水溶液中，在400nm的氙燈照射下，選擇性還原co2成co，還原h2o生成h2。

16、相較于現有技術，本發明具有以下優勢：

17、(1)pbi-fe材料因其獨特的二維結構、高比表面積和可調控的電子性質，在光催化領域展現出巨大的潛力。在光催化co2轉化過程中，該材料能夠更高效地吸附co2分子，并通過光生載流子的分離和遷移促進co2的還原反應，從而將co2轉化為有用的化學品，如甲醇、甲酸或一氧化碳等。

18、(2)pbi-fe作為后過渡金屬催化劑具有活性高、選擇性易調變、聚合物性質可控制的特點，尤其是官能團中的雜原子的穩定性方面優于前過渡金屬催化劑。

19、(3)pbi-fe為鐵基催化劑具有價格低廉、量子效率高、結構可調控、選擇性好和穩定性好等優勢，表現出優異的co2光催化還原性能。

20、(4)pbi-fe光催化二氧還碳具有很高的催化產率和催化選擇率。