[發(fā)明專利]一種離子型氫鍵有機框架材料及其制備方法和應用

有效

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• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112552524B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發(fā)明（設計）人: 曹麗慧;楊妍;徐小倩;白向田;趙芳
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C08G83/00
• 分類號: C08G83/00;H01M8/1032
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 張海平

本發(fā)明屬于離子型氫鍵有機框架材料的制備領域，具體公開了一種具有質(zhì)子傳導性能的離子型氫鍵有機框架材料，其化學式為：{TPE?SO₃H·2(DBD)·2(DMF)·4(H₂O)}_n，其中，n為正整數(shù)，TPE?SO₃H為1,1,2,2?四磺酸苯基乙烯，DBD為(C₅NH₄NH₂)₂²⁺，DMF為N,N'?二甲基甲酰胺。結構單元屬于三斜晶系，空間群為P?1，分子式為C₅₂H₆₂N₁₀O₁₈S₄，晶胞參數(shù)：α＝102.789°,β＝99.968°,γ＝112.169°,每個重復單元包含四個水分子和兩個DMF分子、兩個DBD分子及一個TPE?SO₃H分子，DBD分子上的氨基與TPE?SO₃H分子上的磺酸根與水分子形成一維的氫鍵網(wǎng)絡。該材料具有良好的熱穩(wěn)定性，對質(zhì)子運輸有較好的性能。本發(fā)明公開了其制備方法，合成原料易得，制備工藝簡單。本發(fā)明的離子型氫鍵有機框架材料可作為質(zhì)子導電材料，具有很好的應用前景。

技術領域

本發(fā)明屬于氫鍵有機框架材料的制備領域，具體涉及一種離子型氫鍵有機框架材料及其制備方法和應用。

背景技術

邁入21世紀以來，隨著世界的快速發(fā)展和進一步推進城市化，我們對能源的需求越來越大，尋找可再生的清潔能源迫在眉睫。在眾多新能源中，質(zhì)子交換膜燃料電池對環(huán)境的污染程度較輕，能夠不通過燃燒的方式直接將燃料轉化為電能，能夠有效的推動能源的可持續(xù)發(fā)展，避免了化石燃料的局限性。質(zhì)子交換膜燃料電池具有高效節(jié)能、啟動快速、燃料種類廣泛、使用壽命長等優(yōu)點。質(zhì)子交換膜主要是杜邦公司生產(chǎn)的Nafion系列全氟磺酸膜，但是其制備工藝復雜，價格昂貴，并且只能在70-120℃溫度內(nèi)工作，超過該溫度范圍后膜內(nèi)含水量明顯減少，導電率下降。因此設計合成能夠在高溫不增濕或者低增濕條件下性能優(yōu)異且成本低廉的質(zhì)子傳導材料具有重大科學意義和應用前景。

氫鍵有機框架(Hydrogen-Bonded Organic Frameworks，HOFs)材料是與金屬有機框架(MOFs)研究并行，在近年來被密切相關的超分子結構。在HOFs中，接頭連接是通過氫鍵網(wǎng)絡而不是無機建筑單元，氫鍵提供了更加簡單的連接方式，所以HOF可以更容易的實現(xiàn)穩(wěn)定的氫鍵超分子網(wǎng)絡的設計和合成，并且更加易于回收。由于其不含有重離子，從而提供了更加環(huán)保的解決方案。氫鍵有機框架(HOFs)在能源氣體儲存、選擇性分離、催化、小分子識別，質(zhì)子傳導等方面展現(xiàn)出豐富的應用價值，近年來一直是國際學術研究熱點。從結構的角度來看，HOF中的建筑單元和H鍵連接使它們成為理想的導電材料。具體而言，建筑單元的氫鍵供體/受體基團可以用作質(zhì)子源或載體，而廣泛的氫鍵提供了多種質(zhì)子運輸途徑。HOF的靈活性和溶液可加工性的特征為膜制造開辟了新的可能性。HOFs作為導體的另一個優(yōu)點是大多數(shù)HOFs都對濕度穩(wěn)定，有利于質(zhì)子傳導。相反，大多數(shù)MOF在潮濕環(huán)境中不穩(wěn)定。由于現(xiàn)在所報道的氫鍵有機框架材料穩(wěn)定性較差，而我們所合成的氫鍵有機框架材料加入了離子鍵，增強了材料的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種離子型氫鍵有機框架材料及其制備方法和應用，解決了現(xiàn)有氫鍵有機框架材料穩(wěn)定性的問題。

本發(fā)明是通過以下技術方案來實現(xiàn)：

一種離子型氫鍵有機框架材料，該離子型氫鍵有機框架材料的化學式為：{TPE-SO₃H·2(DBD)·2(DMF)·4(H₂O)}_n，其中，n為正整數(shù)，TPE-SO₃H為1,1,2,2-四磺酸苯基乙烯，DBD為(C₅NH₄NH₂)₂²⁺，DMF為N,N'-二甲基甲酰胺。