【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及材料，具體涉及一種金屬有機框架化合物及其合成方法。
技術介紹
1、近年來，質子交換膜燃料電池由于能量密度高，轉換效率高和綠色環保等特點得到了越來越多的科研工作者的關注。質子交換膜燃料電池的核心部件是質子交換膜，質子交換膜直接影響著電池的使用壽命和能量轉換效率，它的主要作用表現在兩個方面，一方面，它不僅要讓陽極產生的h+順利通過；另一方面，還要阻止h2和o2直接接觸，避免電池損壞甚至直接爆炸，從而保證電池的正常運行。目前，商業上最常用的質子交換膜是全氟烷基磺酸膜(nafion)，其在60-80℃和較高濕度下，質子導電率達到10-2s·cm-1-10-1s·cm-1。雖然nafion膜已經商業化，然而其制備工藝復雜、價格昂貴，模糊的傳導機制阻礙了其廣泛的應用和性能提高。在過去的二十多年間，已開發出陶瓷氧化物，無機固體酸，有機聚合物，金屬有機框架等替代質子導體材料。
2、金屬有機框架(mofs)是由金屬或金屬簇在有機配體的連接下形成的具有一維、二維、三維空間結構的固體晶態材料。由于其結構的可設計性、可修飾性等特點，使得其在催化，傳感，分離，吸附，導電等領域有廣泛的應用價值，作為新型導電材料，近年來，金屬有機框架在質子傳導領域得到了越來越多的關注。但是傳統的mofs材料的制備過程復雜、能耗較高、反應溫度高且成本高、收率低，因此研究發現如何制備出具有高穩定性的多孔mofs材料是目前制約高性能質子導電材料研制的重點。
技術實現思路
1、針對上述現有技術的不足，本專利技
2、為解決上述技術問題，本專利技術采用如下技術方案：
3、一種金屬有機框架化合物的合成方法，包括以下步驟，將帶有兩個三氮唑基團以及噻吩羧酸基團的有機化合物作為多功能配體，130～135℃下進行溶劑熱反應與co2+離子自組裝形成金屬有機框架化合物。
4、具體包括以下步驟：
5、(1)將cocl2·6h2o和3,4-雙-[1,2,4]三唑-1-甲基-噻吩并[2,3-b]噻吩-2,5-二羧酸混合，加入有機溶劑和反應溶劑，室溫下攪拌；
6、(2)攪拌完成后，于反應釜中在130～135℃下進行加熱反應，冷卻后得到紅色棒狀晶體。
7、優選的，步驟(1)中有機溶劑為dmf，反應溶劑為水。
8、優選的，步驟(1)中cocl2·6h2o和3,4-雙-[1,2,4]三唑-1-甲基-噻吩并[2,3-b]噻吩-2,5-二羧酸質量比為1:1～2。
9、優選的，步驟(1)中有機溶劑與反應溶劑的體積比為1:1～2，3,4-雙-[1,2,4]三唑-1-甲基-噻吩并[2,3-b]噻吩-2,5-二羧酸與有機溶劑的質量體積比為0.003g：2～4ml。
10、優選的，步驟(1)中室溫攪拌時間為10～15min，步驟(2)中加熱反應時間為3～4天。
11、本專利技術的另一個目的是保護一種由上述任一項制備方法制得的金屬有機框架化合物，所述金屬有機框架化合物的化學式為{[co2(ttc)2(h2o)]·2dmf·4h2o}n，其中，ttc2-為脫質子的3,4-雙-[1,2,4]三唑-1-甲基-噻吩并[2,3-b]噻吩-2,5-二羧酸，dmf為n,n-二甲基甲酰胺。
12、優選的，所述金屬有機框架化合物屬于四方晶系，p?4bc空間群，不對稱單元包括兩個co2+，兩個雙脫質子的ttc2-，一個配位水，兩個dmf和兩個游離水分子，有機配體上的所有n，o原子均與金屬co(ii)離子配位在空間上形成3d網絡結構。
13、優選的，所述晶胞參數分別為α＝β＝γ＝90°，z＝4。
14、本專利技術的第三個目的是提供一種由上述任一所述制備方法制得的金屬有機框架化合物在質子交換膜材料方面的應用。
15、與現有技術相比，本專利技術具有的有益效果是：
16、1、通過本專利技術的制備方法，以3,4-雙-[1,2,4]三唑-1-甲基-噻吩并[2,3-b]噻吩-2,5-二羧酸作為有機配體，有機配體中含有的三氮唑和羧酸基團既可以作為質子源，也可以參與氫鍵網絡的構筑，這些都非常有利于質子傳輸，采用低溫溶劑熱法與cocl2·6h2o混合反應，成功制備了金屬有機框架化合物，其化學式為{[co2(ttc)2(h2o)]·2dmf·4h2o}n，并通過單晶x-射線衍射和ir分別獲得了晶體結構數據和紅外光譜，由此證明通過本專利技術的合成方法能夠成功制備出新的三維mof結構材料。
17、2、本專利技術的金屬有機框架化合物的空間群為四方晶系，p?4bc空間群，不對稱單元包括兩個co2+，兩個雙脫質子的ttc2-，一個配位水，兩個dmf和兩個游離水分子，有機配體上的所有n，o原子均與金屬co(ii)離子配位在空間上形成美觀的3d網絡結構。
18、3、本專利技術制備金屬有機框架化合物的合成方法一鍋煮，相較于現有技術具有低能耗，反應溫度低，節省時間，成本低，污染低，收率高等優點。
19、4、本專利技術的金屬有機框架化合物中存在著大量的氫鍵，為三維固態框架的構建做出了巨大貢獻，如圖2所示，在金屬有機框架化合物中ttc2-配體上的所有n，o原子均與金屬co(ii)離子配位在空間上形成3d網絡結構。
20、5、本專利技術使用的氮雜環羧酸配體有多種配位模式，與金屬或金屬離子有強的配位作用，也能不同程度地部分或者完全去質子化，從而形成結構復雜、框架穩定的多維mofs結構，同時，羧酸氧原子既能作為質子的給體也能作為受體，與客體分子(比如：水分子，甲醇等)形成復雜的氫鍵網絡，為質子傳遞提供導電路徑，所以此類mofs的制備顯得尤為重要。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種金屬有機框架化合物的合成方法，其特征在于，包括以下步驟：將含有兩個三氮唑基團以及噻吩羧酸基團的有機化合物作為多功能配體，130～135℃下進行溶劑熱反應與Co2+離子自組裝形成金屬有機框架化合物。
2.根據權利要求1所述的金屬有機框架化合物的合成方法，其特征在于，包括以下步驟：
3.根據權利要求2所述的金屬有機框架化合物的合成方法，其特征在于，步驟(1)中有機溶劑為DMF，反應溶劑為水。
4.根據權利要求2所述的金屬有機框架化合物的合成方法，其特征在于，步驟(1)中CoCl2·6H2O和3,4-雙-[1,2,4]三唑-1-甲基-噻吩并[2,3-b]噻吩-2,5-二羧酸質量比為1:1～2。
5.根據權利要求2所述的金屬有機框架化合物的合成方法，其特征在于，步驟(1)中有機溶劑與反應溶劑的體積比為1:1～2，3,4-雙-[1,2,4]三唑-1-甲基-噻吩并[2,3-b]噻吩-2,5-二羧酸與反應溶劑的質量體積比為0.003g：2～4mL。
6.根據權利要求2所述的金屬有機框架化合物的合成方法，其特征在于，步驟(1)中
7.根據權利要求1-6任一項所述的合成方法合成的金屬有機框架化合物，其特征在于，所述金屬有機框架化合物的化學式為{[Co2(ttc)2(H2O)]·2DMF·4H2O}n，其中，ttc2-為脫質子的3,4-雙-[1,2,4]三唑-1-甲基-噻吩并[2,3-b]噻吩-2,5-二羧酸，DMF為N,N-二甲基甲酰胺。
8.根據權利要求7所述的金屬有機框架化合物，其特征在于，所述金屬有機框架化合物屬于四方晶系，P?4bc空間群，不對稱單元包括兩個Co2+，兩個雙脫質子的ttc2-，一個配位水，兩個DMF和兩個游離水分子，有機配體上的所有N，O原子均與Co2+離子配位在空間上形成3D網絡結構。
9.根據權利要求7所述的金屬有機框架化合物，其特征在于，所述晶胞參數分別為α＝β＝γ＝90°，Z＝4。
10.一種權利要求7-9任一項所述的金屬有機框架化合物在質子交換膜材料方面的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種金屬有機框架化合物的合成方法，其特征在于，包括以下步驟：將含有兩個三氮唑基團以及噻吩羧酸基團的有機化合物作為多功能配體，130～135℃下進行溶劑熱反應與co2+離子自組裝形成金屬有機框架化合物。
2.根據權利要求1所述的金屬有機框架化合物的合成方法，其特征在于，包括以下步驟：
3.根據權利要求2所述的金屬有機框架化合物的合成方法，其特征在于，步驟(1)中有機溶劑為dmf，反應溶劑為水。
4.根據權利要求2所述的金屬有機框架化合物的合成方法，其特征在于，步驟(1)中cocl2·6h2o和3,4-雙-[1,2,4]三唑-1-甲基-噻吩并[2,3-b]噻吩-2,5-二羧酸質量比為1:1～2。
5.根據權利要求2所述的金屬有機框架化合物的合成方法，其特征在于，步驟(1)中有機溶劑與反應溶劑的體積比為1:1～2，3,4-雙-[1,2,4]三唑-1-甲基-噻吩并[2,3-b]噻吩-2,5-二羧酸與反應溶劑的質量體積比為0.003g：2～4ml。
6.根據權利要求2所述的金屬有...
【專利技術屬性】
技術研發人員：馮俊陽，李綱，張光華，李盈，常博涵，李建定，韓小麗，唐貝，王恩，于嬌嬌，
申請(專利權)人：河南應用技術職業學院，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。