一种双螺旋结构的Cd-MOF材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种双螺旋结构的Cd

【技术实现步骤摘要】
一种双螺旋结构的Cd
‑
MOF材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于发光材料
，具体涉及一种具有双螺旋结构MOF材料的合成及其在光致发光中的应用。

技术介绍

[0002]近年来光致发光材料已经在人们的生活、生产中得到了广泛应用，在特殊显示、标识、夜间涂料、应急照明、塑料工业等领域有着非常广阔的应用前景。随着经济的发展和科技的进步，对发光材料的各项指标也提出了新的要求。在光致发光材料研发过程中，无机物发光的研究和应用已经有了较长的历史，但是无机发光材料存在一些难以克服的缺点，例如种类少，可调节性小，使用条件苛刻，能量效率不高，难以获得蓝光等，因此探索新的发光材料具有非常重要的意义。与传统无机光致发光材料相比, 金属有机框架(MOFs)化合物作为结构多样且性质灵活可变的新型晶体材料在发光材料领域里有着众多潜在的应用价值。可以通过不同的电子传递过程，例如 LMCT、MLCT、LLCT 以及金属中心与天线类配体等不同形式展现出不同的光学性质。对于发光MOFs 材料的设计，除了金属离子与溶剂的选择多种多样外，有机配位体的选择也对 MOFs 的多样性结构有着不同影响。利用廉价金属制备可调节的光致发光材料具有广阔的发展前景。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种双螺旋结构的Cd
‑
MOF材料及其制备方法和应用，利用3,4
‑
（亚甲基二氧基）肉桂酸二聚物和联吡啶作为有机配体，通过与镉离子进行分步组装，构筑了一种具有双螺旋金属链结构的晶态MOF材料{[Cd4(L)4(bpe)
1.5
(H2O)]·
H2O}
n
（Cd
‑
MOF），该材料具有良好光致发光性能，制得的发光材料的稳定性较好，具有光学可调性和环保性。
[0004]为解决上述问题，本专利技术采用以下技术方案：一种双螺旋结构的Cd
‑
MOF材料，化学式为{[Cd4(L)4(bpe)
1.5
(H2O)]·
H2O}
n
，n为非零自然数，其中bpe为1,2
‑
二(4
‑
吡啶基)乙烯和/或1,2
‑
二(4
‑
吡啶基)乙烷。
[0005]进一步，所述双螺旋结构的Cd
‑
MOF材料为单斜晶系，P2/n空间群，晶胞参数为a=17.600(3)
ꢀÅꢀ
α=90，b=17.785(3)
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β=93.847(6)，c= 28.896(5)
ꢀÅꢀ
γ=90，所述双螺旋结构的Cd
‑
MOF材料的每个不对称单元包含四个Cd
2+
，四个羧酸配体，一个半吡啶配体，一个配位水分子；四个Cd
2+
分别为7配位、7配位、6配位、6配位，彼此通过氧原子进行桥接无限延伸形成镉金属链，相应的两条金属链缠结形成类似DNA的双螺旋结构，双螺旋链通过吡啶配体的桥接作用形成三维超分子结构，整个网格结构呈现13.45
ꢀÅꢀ
*13.57
ꢀÅ
的一维通道。
[0006]本专利技术所述的双螺旋结构的Cd
‑
MOF材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将硝酸镉、3,4
‑
（亚甲基二氧基）肉桂酸二聚物溶于乙腈和水的混合溶液中，常温搅拌1
‑
2h；（2）转移至烘箱，控制温度为100℃加热1h；
（3）加入联吡啶类配体，控制温度为100℃继续加热48h；（4）反应完以后，以10℃/h的速率降至室温，得到无色块状晶体，用蒸馏水洗涤后干燥，得到双螺旋结构的Cd
‑
MOF材料。
[0007]进一步，所述步骤（1）中硝酸镉和3,4
‑
（亚甲基二氧基）肉桂酸二聚物的摩尔比为1:2。
[0008]进一步，所述步骤（1）中乙腈和水的混合溶液中乙腈和水的体积比为2:3。
[0009]进一步，所述步骤（3）中联吡啶类配体为1,2
‑
二(4
‑
吡啶基)乙烯和/或1,2
‑
二(4
‑
吡啶基)乙烷。
[0010]进一步，所述步骤（1）中联吡啶类配体与硝酸镉的摩尔比为1:2。
[0011]进一步，所述步骤（1）中联吡啶类配体为1,2
‑
二(4
‑
吡啶基)乙烯和1,2
‑
二(4
‑
吡啶基)乙烷时，1,2
‑
二(4
‑
吡啶基)乙烯和1,2
‑
二(4
‑
吡啶基)乙烷的摩尔比为1:1~1:150。
[0012]本专利技术所述的双螺旋结构的Cd
‑
MOF材料在光致发光方面的应用：将Cd
‑
MOF材料置于研钵容器中充分研磨，制备成微晶，然后利用模具制备成直径7 mm的圆片，在荧光光谱仪中测试紫外灯照射下Cd
‑
MOF材料的荧光发射行为。
[0013]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：1、本专利技术的发光材料能够通过常见的水热法工艺制备，制备方法简单易行，为光致发光材料提供了新的选择，同时拓展了晶态MOF材料的应用价值；2、本专利技术的发光材料表现出了很好的光致发光性能，并且能够在428 nm和526 nm之间实现精准调控。
[0014]3、本专利技术的发光材料稳定性好，在300以下保持稳定，且能表现出良好的耐酸和耐碱性能，保持完好的晶体状态。
附图说明
[0015]图1是材料制备用到的羧酸配体和联吡啶配体分子式。
[0016]图2是Cd
‑
MOF材料的晶体结构图。
[0017]图3是Cd
‑
MOF材料的热重分析图。
[0018]图4是Cd
‑
MOF材料的电镜分析图。
[0019]图5是Cd
‑
MOF材料的红外光谱分析图。
[0020]图6是Cd
‑
MOF材料的X射线光电子能谱。
[0021]图7是Cd
‑
MOF材料在的PXRD图谱。
[0022]图8是Cd
‑
MOF材料紫外吸收光谱。
[0023]图9是Cd
‑
MOF材料的荧光发射光谱。
[0024]图10是Cd
‑
MOF材料在紫外灯照射下的晶体照片。
[0025]图11是Cd
‑
MOF材料在不同吡啶配体比例（1,2
‑
二(4
‑
吡啶基)乙烯:1,2
‑
二(4
‑
吡啶基)乙烷）下的荧光发射光谱。
[0026]图12是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双螺旋结构的Cd
‑
MOF材料，其特征在于：所述双螺旋结构的Cd
‑
MOF材料化学式为{[Cd4(L)4(bpe)
1.5
(H2O)]
·
H2O}
n
，n为非零自然数，其中bpe为1,2
‑
二(4
‑
吡啶基)乙烯和/或1,2
‑
二(4
‑
吡啶基)乙烷。2.根据权利要求1所述的双螺旋结构的Cd
‑
MOF材料，其特征在于：所述双螺旋结构的Cd
‑
MOF材料为单斜晶系，P2/n空间群，晶胞参数为a=17.600(3)
ꢀÅꢀ
α=90，b=17.785(3)
ꢀÅꢀ
β=93.847(6)，c= 28.896(5)
ꢀÅꢀ
γ=90。3.根据权利要求1所述的双螺旋结构的Cd
‑
MOF材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）将硝酸镉、3,4
‑
（亚甲基二氧基）肉桂酸二聚物溶于乙腈和水的混合溶液中，常温搅拌1
‑
2h；（2）转移至烘箱，控制温度为100℃加热1h；（3）加入联吡啶类配体，控制温度为100℃继续加热48h；（4）反应完以后，以10℃/h的速率降至室温，得到无色块状晶体，用蒸馏水洗涤后干燥，得到双螺旋结构的Cd
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MOF材料。4.根据权利要求1所述的双螺旋结构的Cd
‑
MOF材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中硝酸镉和3,4
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【专利技术属性】
技术研发人员：邵志超，张展，高可心，陈世恒，陈军帅，米立伟，
申请(专利权)人：中原工学院，
类型：发明
国别省市：