【技术实现步骤摘要】
一种质子传导性能可调的MOF材料的制备方法与应用
本专利技术涉及新能源材料开发
，特别涉及一种质子传导性能可调的MOF材料及其制备方法与应用。
技术介绍
随着环境压力和能源问题的日益突出，新能源汽车成为了世界各大汽车厂商及研发机构的研究热点。燃料电池汽车以高效率和近零排放被普遍认为具有广阔的发展前景，其中最具影响力的动力源，质子交换膜燃料电池(PEMFC)，是目前世界上最成熟的一种利用氢氧化合反应释放电能的技术。在原理上，PEMFC相当于水电解的“逆”装置，是一种清洁能源。目前，其关键组件，质子交换膜(PEM)中，应用最广的是聚合物全氟磺酸(Nafion)膜，但该类膜的性能严重依赖于水，水的冻结或蒸发会使其失去质子导电性能，制约了PEMFC的应用与普及。金属-有机框架材料(MOFs)自诞生以来便是最具有吸引力的多孔材料，具有精确控制其孔隙大小和几何形状的结构特点，在催化、传感、分离、储气等领域显示出惊人的潜力。其比表面积大且具有丰富的孔洞，同样具有较高的质子传导潜力。目前提高MOF基质子传导材料的导电性...
【技术保护点】
1.一种质子传导性能可调的MOF材料，其特征在于：将含有酸性基团与碱性基团的有机配体同时引入合成溶液，通过溶剂置换法一步合成同时修饰有酸性基团和碱性基团的MOF材料，通过改变MOF材料中酸性基团与碱性基团的数量与比例可进一步调控MOF材料的质子传导性能。/n
【技术特征摘要】
1.一种质子传导性能可调的MOF材料，其特征在于：将含有酸性基团与碱性基团的有机配体同时引入合成溶液，通过溶剂置换法一步合成同时修饰有酸性基团和碱性基团的MOF材料，通过改变MOF材料中酸性基团与碱性基团的数量与比例可进一步调控MOF材料的质子传导性能。
2.根据权利要求1所述的质子传导性能可调的MOF材料，其特征是，所述MOF材料的质子传导机理为：一方面，酸性、碱性基团都具有较好的亲水性，与MOF材料骨架内的水分子形成氢键，促进MOF材料内致密且连续的氢键网络单元生成；另一方面，酸性基团具有较强的酸性，作为质子给体，质子容易从酸性基团中解离成为在孔隙中运输的质子的主要来源；解离的质子沿着氢键网络进行跳跃，碱性基团作为质子受体，增加质子在氢键网络中跳跃节点的同时，与酸性基团配对，一给一接，有效降低了质子传导的能量壁垒，从而实现材料的高质子电导率。
3.一种制备权利要求1-2任一项所述的质子传导性能可调的MOF材料的方法，其特征是：所述制备步骤包括：
(1)按所需比例称取八水氯化氧锆、对苯二甲酸、含有酸性基团的有机配体和含有碱性基团的有机配体、置于烧杯内，加入N,N-二甲基乙酰胺搅拌均匀；
(2)充分溶解后加入甲酸，混合均匀后将液体转移至聚四氟乙烯高压反应釜，在150℃烘箱中反应24h；
(3)待混合液冷却至室温后，经离心分离得到粗产品，粗产品先后用N,N-二甲基乙酰胺清洗、离心三次，丙酮清洗、离心三次，最后将产品置于80℃真空烘箱中干燥12h，得到同时修饰有酸性基团与碱性基团的产物。
4.根据权利要求3所述的质子传导性能可调的MOF材料的制备方法，其特征是：所述对苯二甲酸与含有酸性基团的有机配体和含有碱性基团的有机配体摩尔比范围为8:1:1～0:5:5；所述含有酸性基团的有机配体与含有碱性基团的有机配体的摩尔比范围为1:1～1:9。
5.根据权利要求3所述的质子传导性能可调的MOF材料的制备方法，其特征是：所述含有酸性基团的有机配体为2,5-二羧基苯磺酸单钠盐、1,2,4-苯三甲酸、2，5-二羧基对苯二甲酸和均苯三酸中的一种或几种；所述含有碱性基团的有机配体为2-氨基对苯二甲酸。
6.根据权利要求3所述的质子传导性能可调的MOF材料的制备方法，其特征是：所述MOF材料为UiO-66，UiO-67，UiO-68，MOF-808，MIL-53，MIL-100和MIL-101中的一种或几种。
7.根据权利要求3所述的质子传导性能可调的MOF材料的制备方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑晓凤，王庆辉，唐欢，赵鑫榆，石志康，刘哲，
申请(专利权)人：曲阜师范大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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