[發明專利]基于V-型羧酸配體金屬有機框架材料及制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011241903.0
• 申請日: 2020-11-09
• 公開（公告）號: CN112225904B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 燕陽天;鄭利娜;蘇曉磊;巫云龍;劉佳
• 申請（專利權）人: 西安工程大學
• 主分類號: C08G83/00
• 分類號: C08G83/00;B01J31/22;C25B1/04;C25B11/04;C25B11/095;C25B11/085;C25B11/048
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 韓玙

本發明公開了一種基于V?型羧酸配體金屬有機框架材料，化學分子式為[Ni(H₂L)(H₂O)₃]_n，H₂L為脫去兩個質子的有機配體3,5?雙(2,4?二羧基苯基)硝基苯。[Ni(H₂L)(H₂O)₃]_n的晶體結構屬于正交晶系，空間群為Pnma，晶胞參數為：α＝β＝γ＝90°，本發明還公開了基于V?型羧酸配體金屬有機框架材料的制備方法，以及基于V?型羧酸配體金屬有機框架材料在OER電催化方面的應用。本發明解決了現有技術中存在的金屬有機框架材料熱、化學穩定性差的問題。

技術領域

本發明屬于晶態材料技術領域，具體涉及一種基于V-型羧酸配體金屬有機框架材料，本發明還涉及一種基于V-型羧酸配體金屬有機框架材料的制備方法，本發明還涉及基于V-型羧酸配體金屬有機框架材料在電催化方面的應用。

背景技術

金屬有機框架(Metal-Organic Frameworks，MOFs)作為獨特的多孔配位聚合物，具有結構多樣化、高比表面積、孔表面可修飾和孔尺寸可調節等特性，是近年來發展迅速的一種多孔有機-無機雜化材料。金屬有機框架具有的多變結構和優良性能使其成為在氣體存儲與分離、催化、染料降解、光學、磁學、生物學等領域均表現出巨大應用價值的新型功能材料。

析氧反應(OER)是直接太陽能、電驅動裂水、再生燃料電池和可充電金屬-空氣電池等許多能量儲存和轉換應用的關鍵過程之一。然而，即使在具有相對高活性的貴金屬基催化劑的推動下，緩慢的動力學也是OER的關鍵瓶頸。雖然RuO₂和IrO₂對OER表現出高效的電催化活性，但它們的稀缺性和高昂的成本限制了它們的廣泛應用，因此，設計和開發替代材料成為了關注的熱點。金屬有機框架結構中豐富的活性金屬中心不僅可以作為電催化中的高活性催化位點，表現出高吸附親和力和催化活性，而且可以為電解質提供容納空間。

V-型四羧酸類配體可以提供多個羧酸的配位位點并且可以形成不同的配位模式；該配體中存在的四個羧基基團在合成MOFs的過程中可以與金屬離子連接形成不同的金屬簇單元。這不僅可以增加金屬有機框架結構的熱、化學穩定性和空間結構的多樣性，也可以作為高密度活性金屬催化位點應用于電催化反應中。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于V-型羧酸配體金屬有機框架材料，解決了現有技術中存在的金屬有機框架材料熱、化學穩定性差的問題。

本發明所采用的第一技術方案是，基于V-型羧酸配體金屬有機框架材料，化學分子式為[Ni(H₂L)(H₂O)₃]_n，H₂L為脫去兩個質子的有機配體3,5-雙(2,4-二羧基苯基)硝基苯。

本發明第一技術方案的特點還在于，

[Ni(H₂L)(H₂O)₃]_n的晶體結構屬于正交晶系，空間群為Pnma，晶胞參數為：α＝β＝γ＝90°。

[Ni(H₂L)(H₂O)₃]_n中每個Ni²⁺和四個配位水分子中的O原子以及兩個來自配體的V-型四羧酸O原子配位，形成扭曲的八面體構型；每個配體連接1個金屬Ni²⁺；該金屬-有機骨架通過中心金屬Ni²⁺與配體及配位水分子連接形成一維鏈狀結構。

有機配體3,5-雙(2,4-二羧基苯基)硝基苯化學結構式如下：

有機配體3,5-雙(2,4-二羧基苯基)硝基苯配體為剛性對稱結構，呈V型構型，具有124°的配位角。