[發明專利]基于三氮雜蒄的二維導電金屬有機框架材料及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202211038305.2
• 申請日: 2022-08-29
• 公開（公告）號: CN115490688A
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發明（設計）人: 卜顯和;尹佳成;李娜
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: C07D471/16
• 分類號: C07D471/16;C08G83/00;H01M4/60;H01M10/0525
• 代理公司: 天津耀達律師事務所 12223
• 代理人: 張耀

本發明公開了基于三氮雜蒄的二維導電金屬有機框架材料及其制備方法與應用，基于氮雜蒄的二維導電金屬有機框架材料，簡稱M?TAC MOF(M＝Cu、Ni、Co、Fe等)，其結構式由式(VI)所示：本發明的二維導電金屬有機框架材料M?TAC MOF是基于氮雜蒄的羥基單體構筑的，M?TAC MOF材料(M＝Cu、Ni、Co、Fe等)具有良好的導電性和豐富的氧化還原活性位點，其作為鋰離子負極材料展現出高的比容量、長的循環穩定性和良好的倍率性能。這項工作為設計新型二維導電金屬有機框架材料及其鋰電池電極材料提供了新思路。

技術領域

本發明屬于二維導電金屬有機框架材料領域，特別是涉及一種基于三氮雜蒄的二維導電金屬有機框架材料及制備方法與應用。

背景技術

二維導電金屬有機框架(2Dc-MOFs)是由多向鄰位-NH₂、-OH、-SH或-SeH取代的共軛構建塊和電子未成對的過渡金屬離子通過強配位鍵連接形成具有高平面內共軛和面外范德華相互作用的層疊MOFs。由于其獨特的片狀結構，大的比表面積、規則的孔通道、豐富的活性位點和良好的導電性等優點，在場效應晶體管、電催化、可充電電池、超級電容器、電化學傳感等多個領域得到了廣泛的關注。然而到目前為止，可用于構筑二維導電金屬有機框架材料的配體非常有限，主要是基于苯、苯并菲、三亞萘、三聚茚、四苯并萘和酞菁等衍生的具有π共軛的平面配體。且已報道的二維導電金屬有機框架活性位點單一，導致其應用受限。

因此，設計合成新型具有多活性位點的有機配體來構筑二維導電金屬有機框架對于提升二維導電金屬有機框架的性能以及研究其結構和性能的關系具有重要意義。

三氮雜蒄(1,5,9-triazacoronene，TAC)是一類具有獨特電子結構和物理化學性質的大π共軛的多環芳烴，在有機半導體材料、場效應晶體管、光電二極管和光伏電池等方面有著廣泛的應用。相比于苯、苯并菲、三亞萘、三聚茚等共軛構建塊，三氮雜蒄具有更大的共軛平面，有助于構筑高導電性的二維導電金屬有機框架材料。且其豐富的N雜原子可以調控配體的電子特性，并且可以作為某些反應的活性位點，因此，將具有三氮雜蒄結構的分子整合到二維導電金屬有機框架中有利于電導率和性能的提升，但是，如何構筑基于三氮雜蒄的二維導電金屬有機框架材料仍然是一個巨大的挑戰。

發明內容

本發明的目的是克服當前現有技術的不足，提供合成一種基于三氮雜蒄的二維導電金屬有機框架材料的羥基單體2,3,6,7,10,11-六羥基-1,5,9-三氮雜蒄。

本發明的第二個目的是提供2,3,6,7,10,11-六羥基-1,5,9-三氮雜蒄的制備方法。

本發明的第三個目的是提供一種三氮雜蒄的二維導電金屬有機框架材料。

本發明的第四個目的是提供一種基于三氮雜蒄的二維導電金屬有機框架料的制備方法。

本發明的第五個目的是提供一種基于三氮雜蒄的二維導電金屬有機框架料制備鋰離子電池電極的應用。

本發明的技術方案概述如下：

2,3,6,7,10,11-六羥基-1,5,9-三氮雜蒄，其結構如式(V)所示，簡稱：6OH-TAC

2,3,6,7,10,11-六羥基-1,5,9-三氮雜蒄的制備方法，包括如下步驟：

1)2,3,6,7,10,11-六甲氧基苯并菲I的合成：

將1.2-二甲氧基苯，無水三氯化鐵和濃硫酸加入到二氯甲烷溶液中，然后通過縮合反應得到2,3,6,7,10,11-六甲氧基苯并菲I；

2)1,5,9-三硝基-2,3,6,7,10,11-六甲氧基苯并菲II的合成：