[發(fā)明專利]一種具有質(zhì)子導(dǎo)電性能的二維MOFs材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811431284.4
• 申請(qǐng)日: 2018-11-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109593207B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 段顯英;魏梅林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南省科學(xué)院化學(xué)研究所有限公司
• 主分類號(hào): C08G83/00
• 分類號(hào): C08G83/00
• 代理公司: 鄭州聯(lián)科專利事務(wù)所(普通合伙) 41104
• 代理人: 時(shí)立新

本發(fā)明涉及質(zhì)子導(dǎo)電材料領(lǐng)域，公開(kāi)了一種具有優(yōu)良質(zhì)子導(dǎo)電性能的MOFs材料及其制備方法。該方法以H₄L為聯(lián)接配體，Cu²⁺，Cl^?為連接點(diǎn)，通過(guò)加熱制備二維層目標(biāo)材料。本發(fā)明材料具有良好質(zhì)子導(dǎo)電率，制備方法簡(jiǎn)單易操作，產(chǎn)率高，熱力學(xué)和化學(xué)性能穩(wěn)定，易于大面積推廣應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于質(zhì)子導(dǎo)電材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有質(zhì)子導(dǎo)電性能的二維MOFs材料及其制備方法。

背景技術(shù)

目前，在探索解決能源挑戰(zhàn)和環(huán)境問(wèn)題時(shí)，會(huì)涉及眾多的先進(jìn)能量貯存和轉(zhuǎn)化裝置，其中，質(zhì)子傳遞膜燃料電池被認(rèn)為是非常具有前景的選擇，這主要是因?yàn)樗麄儍?yōu)良的特性，比如能量密度高，污染排放物低以及工作條件溫和(參考文獻(xiàn)：Barbir F.PEM FuelCells:Theory and Practice.(Elsevier Academic Press,New York,2005).)。雖然人們已經(jīng)在質(zhì)子傳遞膜燃料電池領(lǐng)域進(jìn)行了深入地研究，然而對(duì)于具有高質(zhì)子導(dǎo)電率和穩(wěn)定性的電極材料的設(shè)計(jì)合成依然是個(gè)挑戰(zhàn)。另外，常用的Nafion膜在聚合物中結(jié)晶度的缺乏使得在原子水平去深入了解明確的質(zhì)子傳輸途徑成為困難。在過(guò)去的幾十年里，金屬有機(jī)化合物(MOFs)在引起廣泛關(guān)注的同時(shí)，已經(jīng)得到了快速的發(fā)展，這主要是由于他們具有可設(shè)計(jì)以及可調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，而且在吸附、分離、傳感和能量相關(guān)的應(yīng)用上具有潛在應(yīng)用(參考文獻(xiàn):Denny M.S.Jr,Moreton J.C.,Benz L.Cohen S.M.Nat.Rev.Mater.2016,1,16078；Schoedel A.,Ji Z.Yaghi O.M.Nat.Energy,2016,1,16034；Kreno L.E.,LeongK.,Farha O.K.,Allendorf M.,Van Duyne R.P.and Hupp J.T.Chem.Rev.2012,112,1105.)。目前研究表明質(zhì)子傳導(dǎo)的金屬有機(jī)材料可被潛在地應(yīng)用在質(zhì)子傳遞膜燃料電池上(參考文獻(xiàn)：Ramaswamy P.,Wong N.E.Shimizu G.K.H.Chem.Soc.Rev.,2014,43,5913；Horike S.,Umeyama D.Kitagawa S.Acc.Chem.Res.,2013,46,2376.)。另一方面，為了設(shè)計(jì)更好的質(zhì)子導(dǎo)電材料，金屬有機(jī)材料在很多方面表現(xiàn)出其優(yōu)勢(shì)，如其晶體本質(zhì)可允許質(zhì)子傳輸通道模型的直觀可視化；規(guī)則的結(jié)構(gòu)易于引入酸性基團(tuán)，從而形成有效的質(zhì)子傳輸通道，提高質(zhì)子導(dǎo)電率(參考文獻(xiàn)：Taylor J.M.,Mah R.K.,Moudrakovski I.L.,RatcliffeC.I.,Vaidhyanathan R.,Shimizu G.K.H.J.Am.Chem.Soc.2010,132,14055；Bao S.-S.,Shimizu G.K.H.,Zheng L.-M.,Coord.Chem.Rev.,2019,1,577-594.)。因此，探索研究將含聯(lián)吡啶的雙磷酸基團(tuán)引入金屬有機(jī)材料中，以期獲得性能更優(yōu)良的二維質(zhì)子導(dǎo)電MOFs材料，有利于燃料電池的開(kāi)發(fā)，目前未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好且質(zhì)子導(dǎo)電性能良好的二維質(zhì)子導(dǎo)電MOFs材料；另一目的在于提供其制備方法。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明以2,2'-聯(lián)吡啶-4,4'-二磷酸為基礎(chǔ)構(gòu)筑金屬有機(jī)化合物，并對(duì)其質(zhì)子導(dǎo)電性能進(jìn)行測(cè)試。所述的二維質(zhì)子導(dǎo)電MOFs材料以2,2'-聯(lián)吡啶-4,4'-二磷酸為配體(H₄L)，Cu²⁺，Cl^-作為連接點(diǎn)，構(gòu)筑的二維層結(jié)構(gòu)。Cu²⁺，Cl^-在c方向上形成一維鏈，然后b方向上通過(guò)H₃L^-配體連接上下兩條鏈的銅原子，而形成二維層。晶胞參數(shù)：屬單斜晶系，C2/c空間群,β＝100.391°,F(000)＝1656.0,Z＝8。分子式為:C₁₀H₉ClCuN₂O₆P₂，分子結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。