[發明專利]鎘金屬-有機框架材料、制備方法和自驅動電催化應用

在審

• 申請號: 202310089928.0
• 申請日: 2023-02-09
• 公開（公告）號: CN116082656A
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 黃超;張強;張瑩瑩;米立偉;張躍;劉賽威;王斐;王丹丹
• 申請（專利權）人: 中原工學院
• 主分類號: C08G83/00
• 分類號: C08G83/00;C25B3/27;C25B3/11;H02N1/04
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 孫詩雨

本發明公開了一種鎘金屬?有機框架材料、制備方法和自驅動電催化應用，具體為一種具有多孔結構的鎘金屬有機框架（Cd?MOF）材料用于組裝摩擦納米發電機（TENG），實現Cd?MOF?TENG自驅動電催化位點選擇性芳基化合物的溴化反應。本發明利用四羧酸配體和橋連配體共同作用，通過與鎘離子自組裝，構筑多孔Cd?MOF，并作為摩擦電極材料組裝TENG，拓展了摩擦層電極材料種類選擇的范圍，也拓寬了MOF材料的應用領域，實驗結果表現出優異的穩定性能，實現了自驅動電催化芳基化合物的溴化反應。

技術領域

發明屬于無機材料領域，具體涉及鎘金屬有機框架（Cd-MOF）材料的制備及其構筑的摩擦納米發電機（TENG）實現自驅動位點選擇性電催化芳基化合物的溴化反應。

技術背景

隨著科技的日益發展，人們的生活質量得到了質的飛躍，但是隨著化石能源的開采使用，能源短缺與環境保護成了當今世界廣泛關注的話題。摩擦納米發電機（TENG）具有收集環境中無用的機械能轉化為電能的作用，在當今備受關注。而目前對于綠色能源的發展受到時間和空間等諸多因素制約的問題，金屬有機框架材料（MOFs）因其合成簡單、具有孔洞結構和大比表面積等特點，將?MOFs材料制作成摩擦電極與?TENG?進行組裝，有望實現綠色和可持續的完美可再生能源。

傳統的化石能源能夠快速便捷的實現能量輸出，但這種輸出途徑污染大且不可持續，這大大限制了工業社會的發展。本設計利用多功能有機配體，通過與鎘離子和橋聯配體的自組裝設計合成了一種具有多孔結構的Cd-MOF。隨后，將Cd-MOF材料與TENG組裝構成Cd-MOF-TENG并進行性能測試。結果顯示，具有多孔道結構的Cd-MOF為電子傳輸提供了更加流暢、便利的通道，使得摩擦起電和靜電感應的耦合效應增強，顯著提升了TENG的輸出性能，實現了自驅動電催化反應。

本發明通過對Cd-MOF進行選擇設計，構筑的Cd-MOF-TENG?具有優異的輸出性能和可持續性。并利用自驅動設備作為電催化裝置，實現了對芳基化合物的溴化反應。將MOFs與摩擦納米發電機結合發電實現電催化是一種有效途徑，同時滿足了節能與環保需求。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供了一種鎘金屬-有機框架材料（Cd-MOF材料）、制備方法和自驅動電催化應用。Cd-MOF材料具有三維結構，作為摩擦電極材料構筑TENG器件，具有良好輸出性能及優異的循環穩定性，并應用于自驅動電催化反應。因此，這種材料可以成為一種有潛力的高輸出的摩擦電極材料。

本發明利用H₄CBBD?（4',4'''-carbonylbis(([1,1'-biphenyl]-3,5-dicarboxylicacid)作為多功能的有機配體，通過與鎘離子和橋連配體1,2-Di(4-pyridyl)ethylene（4,4?-bpe）的自組裝，構筑了三維多孔道結構的Cd-MOF材料，并把它作為摩擦電極材料組裝成TENG?器件，輸出電流，實現自驅動電催化反應。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

本發明提供一種鎘金屬-有機框架材料，所述鎘金屬有機框架材料Cd-MOF的分子結構為[Cd(BBPD)(4,4?-bpe)H₂O]_n，n=∞，屬于三斜晶系，空間群為P-1，晶胞參數為a=10.2641(9)?，α=80.68(0)，b=14.0073(13)?，β=77.85(0)，c=20.2722(18)??，γ=89.15(0)。

本發明所述的三維結構Cd-MOF材料的制備方法，該方法包括以下步驟：

（1）硝酸鎘（Cd(NO₃)₂·4H₂O）、配體H₄CBBD?(H₄CBBD?=?4',4'''-carbonylbis(([1,1'-biphenyl]-3,5-dicarboxylic?acid)))、橋連配體4,4?-bpe，（1,2-二(4-吡啶基)）、水、乙腈混合均勻；