一种镍配合物及其制备方法和作为质子传导材料的应用技术

本发明专利技术公开了一种镍配合物及其制备方法和作为质子传导材料的应用，该镍配合物的分子式为[Ni(4,4′‑bipy)2(H3O)2(H2O)2]·2H4bmt·9H2O，其中，H4bmt为去两个质子的配体C9H15P3O9(H6bmt)，4,4′‑bipy为4,4′‑联吡啶分子。该镍配合物的制备方法是将含H6bmt、4,4′‑联吡啶、Ni(OAc)2·4H2O的水溶液进行水热反应制得。制备的镍配合物作为质子传导材料进行应用，其在宽温度范围内具有高于10

A Nickel Complex and Its Preparation Method and Application as Proton Conducting Material

【技术实现步骤摘要】
一种镍配合物及其制备方法和作为质子传导材料的应用
本专利技术涉及一种镍配合物，具体涉及一种以镍(II)为中心金属离子，4,4′-bipy和H4bmt2-为配体构成的配合物，还涉及镍配合物的制备方法，以及镍配合物作为质子传导材料的应用，属于燃料电池

技术介绍
质子传导材料由于在电化学器件、传感器以及燃料电池方面具有潜在的应用价值而吸引了广泛的关注。全氟磺酸(Nafion)是一种重要的有机聚合物导电材料，其在60～80℃温度范围内以及98％的相对湿度下，具有高于10-2S·cm-1的质子传导率。但是Nafion的价格很高且不能在高温环境下使用，从而限制了其应用。而且Nafion作为一种无定形的聚合物，很难获得其结构信息和深入地研究其质子传输通道与传导机理。配合物作为一种新型的质子传导材料，具有非常高的结晶度和精确设计的结构，因而引起了研究者的研究兴趣。目前以水分子作为媒介的配合物质子传导材料，包括[Li3(HPA)(H2O)4]·H2O、Ca-PiPhtA-I、Zn(m-H6L)和La(H5DTMP)·7H2O等主要是在室温下具有质子传导性能，但是并未报道其在高温下具有较好的质子传导性能，因而限制了其应用。而另一种配合物材料{[Tb4(TTHA)2(H2O)4]·7H2O}n则在295～358K表现出高于10-2S·cm-1的质子传导率，说明其适用温度广。研究材料在宽工作温度范围内的质子传导能够满足多种条件下的应用，具有实际应用价值。综上所述，本领域尚缺乏在宽工作温度范围内具有高传导率以及循环使用的质子传导材料。因此，有针对性的开发此类材料显得极为迫切且尤为重要。参考文献：【1】Bazaga-Garcia,M.；Papadaki,M.；Colodrero,R.M.P.；Olivera-Pastor,P.；Losilla,E.R.；Nieto-Ortega,B.；Aranda,M.A.G.；Choquesillo-Lazarte,D.；Cabeza,A.；Demadis,K.D.TuningProtonConductivityinAlkaliMetalPhosphonocarboxylatesbyCationSize-InducedandWater-FacilitatedProtonTransferPathways.Chem.Mater.2015,27,424-435.【2】Bazaga-García,M.；Colodrero,R.M.P.；Papadaki,M.；Garczarek,P.；Zoń,J.；Olivera-Pastor,P.；Losilla,E.R.；León-Reina,L.；Aranda,M.A.G.；Choquesillo-Lazarte,D.；Demadis,K.D.；Cabeza,A.GuestMolecule-ResponsiveFunctionalCalciumPhosphonateFrameworksforTunedProtonConductivity.J.Am.Chem.Soc.2014,136,5731-5739.【3】Colodrero,R.M.P.；Angeli,G.K.；Bazaga-Garcia,M.；Olivera-Pastor,P.；Villemin,D.；Losilla,E.R.；Martos,E.Q.；Hix,G.B.；Aranda,M.A.G.；Demadis,K.D.；Cabeza,A.StructuralVariabilityinMultifunctionalMetalXylenediaminetetraphosphonateHybrids.Inorg.Chem.2013,52,8770-8783.【4】Colodrero,R.M.P.；Olivera-Pastor,P.；Losilla,E.R.；Aranda,M.A.G.；Leon-Reina,L.；Papadaki,M.；McKinlay,A.C.；Morris,R.E.；Demadis,K.D.；Cabeza,A.MultifunctionalLanthanumTetraphosphonates:Flexible,UltramicroporousandProton-ConductingHybridFrameworks.DaltonTrans.2012,41,4045-4051.【5】Feng,L.；Wang,H.S.；Xu,H.L.；Huang,W.T.；Zeng,T.Y.；Cheng,Q.R.；Pan,Z.Q.；Zhou,H.AWaterStableLayeredTb(III)PolycarboxylatewithHighProtonConductivityover10-2Scm-1inaWideTemperatureRange.Chem.Commun.2019,55,1762-1765.
技术实现思路
针对现有的配合物质子传导材料存在的缺陷，本专利技术的目的是在于提供了一种在宽温度范围内具有很高的传导率以及高温高相对湿度环境下能够稳定循环使用的镍配合物，可以作为质子传导材料广泛应用于电化学器件、传感器以及燃料电池。本专利技术的第二个目的是在于提供一种镍配合物的制备方法，该方法实通过水热法一步合成镍配合物，操作简单，成本低，有利于扩大生产。本专利技术的第三个目的是在于提供镍配合物的应用，将其作为质子传导材料在宽温度范围内具有很高的传导率以及高温高相对湿度环境下能够稳定循环使用。本专利技术提供了一种镍配合物，其具有以下化学表达式：[Ni(4,4′-bipy)2(H3O)2(H2O)2]·2H4bmt·9H2O；其中，配体H4bmt的结构式为：配体4,4′-bipy的结构式为：优选的镍配合物属三斜晶系，空间群为晶胞参数：α＝99.057(2)°，β＝98.106(2)°，γ＝101.379(2)°，Dcalc＝1.579gcm-3，Z＝2，μ＝0.618mm-1，F(000)＝1384.0。本专利技术的镍配合物由镍(II)中心金属离子与4,4′-bipy、H3O+、H4bmt2-构成的三维多孔网络结构，而三维多孔网络结构空腔中含有水分子、H3O+以及膦酸等基团。镍配合物的三维多孔网络结构中的膦酸根基团与孔道中的客体分子形成了丰富的氢键通道，而且膦酸基团与客体分子也可以作为质子载体，由此，镍配合物具有较好的质子传导性能。本专利技术选择H6bmt作为配体，相比于现有的羧酸类配体表现出更加多样的配位模式以及良好的亲水性，且形成的配合物具有更好的热稳定性和水稳定性。本专利技术还提供了一种镍配合物的制备方法，该方法是将含H6bmt、4,4′-联吡啶、Ni(OAc)2·4H2O的水溶液进行水热反应，即得。优选的方案，H6bmt、4,4′-联吡啶及Ni(OAc)2·4H2O的质量比为0.15～2.5:0.05～1.5:0.06～1.6。优选的方案，所述水热反应的条件为在100～140℃下保温48～72h。本专利技术还提供了一种镍配合物的应用，将其作为质子传导材料的应用。优选的方案，所述镍配合物在温度为287～373K以及相对湿度为60％～98％的范围内质子传导值保持在3.76×10-6S·cm-1～2.81×10-3S·cm-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镍配合物，其特征在于：具有以下化学表达式：[Ni(4,4′‑bipy)2(H3O)2(H2O)2]·2H4bmt·9H2O；其中，配体H4bmt的结构式为：

【技术特征摘要】
1.一种镍配合物，其特征在于：具有以下化学表达式：[Ni(4,4′-bipy)2(H3O)2(H2O)2]·2H4bmt·9H2O；其中，配体H4bmt的结构式为：配体4,4′-bipy的结构式为：2.根据权利要求1所述的一种镍配合物，其特征在于：镍配合物属三斜晶系，空间群为P晶胞参数：α＝99.057(2)°，β＝98.106(2)°，γ＝101.379(2)°，Dcalc＝1.579gcm-3，Z＝2，μ＝0.618mm-1，F(000)＝1384.0。3.权利要求1或2所述的一种镍配合物的制备方法，其特征在于：将含H6bmt、4,4′-联吡啶、Ni(OAc)2·4H2O的水溶液进行水热反应，即...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯浩波，冯露，周旻，董祎挈，李嘉豪，陈畅，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42