一種Zr的4-羧基肉桂酸配體的金屬有機骨架材料和制備方法及其應用技術

一種Zr的4-羧基肉桂酸配體的金屬有機骨架材料和制備方法及其應用，屬于晶態材料的技術領域?；瘜W分子式為Zr6O4(OH)4(L)6，L為有機配體4-羧基肉桂酸。封閉條件下，有機配體4-羧基肉桂酸與無水四氯化鋯在N,N-二甲基甲酰胺中，經由熱反應得到金屬有機骨架材料的晶體；此金屬有機骨架材料具有合適的孔道尺寸，可用作CO2的吸附材料。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于晶態材料的
，技術涉及金屬有機配位聚合物材料，特別是一 種Zr的金屬有機骨架材料、制備方法及其應用。
技術介紹
目前，隨著能源的需求不斷增長，化石燃料的使用日益增加。大量化石燃料燃燒的 直接后果導致了 〇)2排放的急劇增加，遠遠超越了自然的碳循環，是溫室效應加劇的主要因 素之一。為了減少大氣中CO2的濃度，遏制溫室效應，開發新的吸附劑材料對大氣中的CO2 進行捕獲和儲存（CCS)迫在眉睫。 金屬有機骨架材料是由金屬離子或離子簇和有機配體構筑的一類新型多孔材料。 由于金屬有機骨架材料的多孔性、孔徑及孔表面性質的可調性，其在眾多領域都具有潛在 的應用。金屬有機骨架材料在〇) 2的吸附分離方面的研究，已經引起國內外科研工作者的 廣泛重視。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種金屬有機骨架材料和制備方法及其應用。 -種Zr的4-羧基肉桂酸配體的三維金屬有機骨架材料，其特征在于，化學分子式 為Zr6O4 (OH) 4 (L) 6,L為有機配體4-羧基肉桂酸。 金屬有機骨架材料的二級結構單元為：晶體屬于立方晶系，空間群為Pn-3 (201)， 晶胞參數為：《 = /?==c，= 23.9144A，a=員=y= 90°。 該材料中每6個Zr位于一個八面體核的端點，其中相鄰的每兩個Zr原子與同一 個配體中同一個羰基的兩個氧分別配位，形成Zr6A面體核孔籠，Zr6八面體核孔籠具有四 面體和八面體兩種類型的孔籠；每6個Zr6八面體核孔籠位于一個八面體核的端點，相鄰的 每兩個Zr6A面體核孔籠通過一個4-羧基肉桂酸連接，4-羧基肉桂酸中的一個羰基的兩個 氧分別連接一個Zr6八面體核孔籠的兩個相鄰的Zr，4-羧基肉桂酸中的另一個羰基的兩個 氧分別連接相鄰的八面體孔籠網的的兩個相鄰的Zr，形成八面體孔籠網；在八面體孔籠網 的每個面上的三個Zr6八面體核孔籠分別與另一個八面體孔籠網的一個Zr6八面體核孔籠 通過4-羧基肉桂酸連接，形成四面體籠網，此連接方式在三維空間不斷延伸，最終得到具 有三角形窗口的三維空間網狀結構。 本專利技術的材料結構中包括四面體籠網和八面體孔籠網。 其中有機配體4-羧基肉桂酸的化學結構式為： 本專利技術金屬有機骨架材料的合成方法，包括以下步驟： 封閉條件下，有機配體L(4-羧基肉桂酸）與無水四氯化鋯（ZrCl4)在N，N-二甲 基甲酰胺中，經由熱反應得到三維金屬有機骨架材料的晶體； 其中所述的有機配體與氯化鋯的摩爾比為（1~2) :1，優選1.5:1，每0.05毫摩爾 的有機配體4-羧基肉桂酸對應3-5mL的N，N-二甲基甲酰胺，優選3. 5mL，所述熱反應的反 應條件為l〇〇°C-130°C，優選120°C，反應時間為48-72小時。優選48小時。 本專利技術的金屬有機骨架材料結構新穎，具有合適尺寸的孔道，能對CO2進行高效快 速的吸附；本專利技術制備方法工藝簡單、易于實施、產率高，有利于大量制備?！靖綀D說明】 圖1為該金屬有機骨架材料的四面體孔籠網的結構示意圖。 圖2為該金屬有機骨架材料的八面體孔籠網的結構示意圖。 圖3為八面體孔籠的與四面體籠相連的結構示意圖。。 圖4為該金屬有機骨架材料的結構的平面示意圖。 圖5為該金屬有機骨架材料對CO2的吸附性能圖?！揪唧w實施方式】 下面結合實施例對本專利技術作進一步說明，但本專利技術并不限于以下實施例。 實施例1 將有機配體4-羧基肉桂酸（1毫摩爾）與無水四氯化鋯（1毫摩爾）在3mL的 N，N-二甲基甲酰胺中攪拌均勻，封入小瓶中。在120°C下經由熱反應36小時得到金屬有機 骨架材料的晶體。 實施例2 將有機配體4-羧基肉桂酸（1. 5毫摩爾）與無水四氯化鋯（1毫摩爾）在3. 5mL 的N，N-二甲基甲酰胺中攪拌均勻，封入小瓶中。在120°C下經由熱反應36小時得到金屬有 機骨架材料的晶體。 實施例3 將有機配體4-羧基肉桂酸（1. 5毫摩爾）與無水四氯化鋯（1毫摩爾）在3. 5mL 的N，N-二甲基甲酰胺中攪拌均勻，封入小瓶中。在120°C下經由熱反應48小時得到金屬有 機骨架材料的晶體。 實施例4 將有機配體4-羧基肉桂酸（1毫摩爾）與無水四氯化鋯（1毫摩爾）在3mL的 N，N-二甲基甲酰胺中攪拌均勻，封入小瓶中。在120°C下經由熱反應48小時得到金屬有機 骨架材料的晶體。 上述實施例所得的產品的測試結果相同，具體見下述： (1)晶體結構測定： 在顯微鏡下選取合適大小的單晶，室溫下在AgilentTechnologiesSuperNova單 晶衍射儀上，用經石墨單色器單色化的Mo-Ka射線，以方式收集衍射數據。所有衍 射數據使用SADABS程序進行吸收校正。晶胞參數使用最小二乘法確定。數據還原和結構 解析分別使用SAINT和SHELXTL程序完成。先用差值函數法和最小二乘法確定全部非氫原 子坐標，并用理論加氫法得到氫原子位置，然后用SHELXTL對晶體結構進行精修。結構圖見 圖1，圖2和圖3。晶體學數據見表1。 表1配合物的晶體學數據圖1的結構圖表明：在所合成的該骨架材料中，六個Zr6八面體核與6個4-羧基 肉桂酸配體配位，形成了四面體的孔籠。圖2的結構圖表明：在所合成的該骨架材料中，六個Zr6八面體核與8個4-羧基 肉桂酸配體配位，形成了八面體的孔籠。 圖3的結構圖表明：八面體孔籠的八個面上，均與一個四面體籠相連 圖4的結構圖表明：八面體與四面體以上述連接方式在三維空間不斷延伸，最終 得到了具有微孔結構的三維空間網狀結構的金屬有機骨架材料（俯視圖）。 (2) CO2吸附性能表征： 圖5為權利要求1的273K下CO2吸附性能表征。圖4中，隨著時間的增加，CO2的 吸附量逐漸增加，說明對〇)2具有良好的吸附性能。【主權項】1. 一種Zr的4-簇基肉桂酸配體的=維金屬有機骨架材料，其特征在于，化學分子式為 ZrA伽)4 (L)e，L為有機配體4-簇基肉桂酸。2. 權利要求1的一種Zr的4-簇基肉桂酸配體的=維金屬有機骨架材料，其 特征在于，二級結構單元為：晶體屬于立方晶系，空間群為化-3(201)，晶胞參數為： 巧三是=.c=.23.9144A,曰=P= 丫 = 90。。3. 權利要求1的一種Zr的4-簇基肉桂酸配體的=維金屬有機骨架材料，其特征在 于，該材料中每6個Zr位于一個八面體核的端點，其中相鄰的每兩個Zr原子與同一個配 體中同一個幾基的兩個氧分別配位，形成Zre八面體核孔籠，Zre八面體核孔籠具有四面體 和八面體兩種類型的孔籠；每6個Zre八面體核孔籠位于一個八面體核的端點，相鄰的每兩 個Zre八面體核孔籠通過一個4-簇基肉桂酸連接，4-簇基肉桂酸中的一個幾基的兩個氧分 別連接一個Zre八面體核孔籠的兩個相鄰的Zr，4-簇基肉桂酸中的另一個幾基的兩個氧分 別連接相鄰的八面體孔籠網的的兩個相鄰的Zr，形成八面體孔籠網；在八面體孔籠網的每 個面上的=個Zre八面體核孔籠分別與另一個八面體孔籠網的一個Zre八面體核孔籠通過 4-簇基肉桂酸連接，形成四面體籠網，此連接方式在S維空間不斷延伸，最終得到具有S角 形窗口的S維空間網狀結構。4. 制備權利要求1的一種Zr的4-簇基肉桂酸配體的S維金屬有機骨架材料的方法， 其特征在于，包括本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種Zr的4?羧基肉桂酸配體的三維金屬有機骨架材料，其特征在于，化學分子式為Zr6O4(OH)4(L)6，L為有機配體4?羧基肉桂酸。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李建榮，白彥，謝亞勃，白金泉，
申請(專利權)人：北京工業大學，
類型：發明
國別省市：北京;11