[發明專利]一種鎘基金屬有機框架及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201811051923.4
• 申請日: 2018-09-10
• 公開（公告）號: CN109400891B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 林佳;林曉明;藍錦基;蔡躍鵬
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: C08G83/00
• 分類號: C08G83/00;B01J20/22;B01D53/02
• 代理公司: 廣州駿思知識產權代理有限公司 44425
• 代理人: 吳靜芝

本發明涉及一種鎘基金屬有機框架及其制備方法和應用。本發明通過鎘鹽和含有四羧酸官能團的平面芳香型配體自組裝合成一種新型多孔三維鎘基金屬有機框架，在其結構中，每個鎘離子與四個來自不同配體的羧基配位，并且每個配體的四個羧基分別與四個鎘離子配位，構筑了沿c?軸的一維菱形通道，進而形成三維框架。本發明的鎘基金屬有機框架為(4,4)連接的pts三維網絡拓撲結構，由于其具有大比表面積、高孔隙率和大共軛中心等優點，在CO₂吸附過程中可通過其大的共軛中心增強與CO₂間的相互作用力，進而表現出對CO₂的高選擇性吸附性能和大的吸附容量。同時，該類材料具有合成方法簡單、熱穩定性強、化學穩定性強，有望應用在二氧化碳捕獲和清潔能源儲存等領域。

技術領域

本發明涉及功能材料領域，尤其涉及一種鎘基金屬有機框架及其制備方法和應用。

背景技術

金屬有機骨架(MOFs)是由金屬離子/簇和有機配體自組裝形成的新功能材料體系，由于其化學穩定性、大表面積和高孔隙率的特點而被廣泛應用于氣吸附、儲存和分離中。近年來，由于CO₂的大量排放導致全球變暖對人類的生存造成嚴重的威脅，許多研究者都致力于研究并合成具有選擇性的CO₂吸附性能的MOFs。為了提高CO₂的吸附能力和選擇性，各種策略被提出，包括：1、選擇合適的配體；2、引入含氮或其他極化基團在孔隙中進行合理的裝飾；3、通過增加有機配體的多樣性、改變配體的尺寸或長度、設計MOFs結構中金屬離子的配位模式等方式來縮小孔徑。然而，現有的策略可能導致MOFs的表面積和CO₂吸附能力下降而阻礙其實際應用。因此，設計并合成兼備大吸附容量和高選擇性CO₂吸附能力的材料至關重要。

發明內容

基于此，本發明的目的在于，提供一種鎘基金屬有機框架及其制備方法和應用，該鎘基金屬有機框架對CO₂具有高選擇性吸附能力。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種鎘基金屬有機框架，通過鎘鹽和含有四羧酸官能團的平面芳香型配體自組裝合成；所述含有四羧酸官能團的平面芳香型配體為1,3,6,8-四羧基芘，其具有如下結構：

每個鎘離子與四個來自不同配體的羧基配位，并且每個配體的四個羧基分別與四個鎘離子配位。

相對于現有技術，本發明通過鎘鹽和1,3,6,8-四羧基芘(H₄PTC)配體自組裝合成一種新型多孔三維鎘基金屬有機框架(Cd-PTC)，其為(4,4)連接的pts三維網絡拓撲結構，其點符號為(4²·8⁴)，由于其具有大比表面積、高孔隙率和大共軛中心等優點，在CO₂吸附過程中可通過其大的共軛中心增強與CO₂間的相互作用力，進而表現出對CO₂的高選擇性吸附性能和大吸附容量。

一種鎘基金屬有機框架的制備方法，包括以下步驟：

S1：將1,3,6,8-四溴芘與氰化銅溶解于喹啉中，加熱攪拌，得到1,3,6,8-四氰基芘；

S2：將所述1,3,6,8-四氰基芘溶解于NaOH溶液和無水乙醇的混合溶劑中，加熱回流，得到1,3,6,8-四羧基芘；

S3：將所述1,3,6,8-四羧基芘與鎘鹽溶解于硝酸、二甲基甲酰胺和水的混合溶劑中，密封加熱，得到鎘基金屬有機框架。

進一步地，步驟S1中，所述1,3,6,8-四溴芘與氰化銅的摩爾比為1:(30～35)。