一种叠层金属有机框架材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种叠层金属有机框架材料及其制备方法与应用，将对环芳烷引入金属有机框架材料中，单层金属有机框架材料通过共价连接形成叠层金属有机框架材料，在保留了金属有机框架材料可溶液加工的性能的同时，可以增强层间相互作用，使其具备更高的电学性能

【技术实现步骤摘要】
一种叠层金属有机框架材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于金属有机框架材料
，具体涉及一种叠层金属有机框架材料及其制备方法与应用
。

技术介绍

[0002]金属有机框架
(MOFs)
材料是一类具有独特结构的扩展晶体有机材料，具有高比表面积和调节孔径等优点，并且其结构可设计性
、
性能也易于调控，这些极具吸引力的特点使得金属有机框架材料在气体吸附与分离
、
催化
、
能量存储与转换
、
传感以及药物输送等诸多领域表现出广阔的应用前景
。
近年来，多孔材料在光电方面的应用成为研究热点
。
在这方面，相当大的努力已经投入到设计和合成用于光电应用的金属有机框架材料
。
与传统的电极材料相比，金属有机框架材料不但拥有高的比表面积来为电荷的存储提供界面，而且其多孔性且孔径易于调控
、
孔径分布均一等特点，为电解液的扩散提供了良好的通道，然而，晶体
MOF
的电导率是非常苛刻的特性
。
主要挑战在于孔隙率和电导率的平衡，需要明智地选择金属簇和配体
。
结果，只有极少数的固有导电
MOF
被报告具有两个不同的电导率路径，它们独立或同时存在
。
这两个导电通道通过结合或通过空间
,
阻碍了其在光电材料中的应用
(Israel Journal of Chemistry,2017,58,9
‑
10.,Nanoscale,2021,13,485
‑
509.,Journal of the American Chemical Society,2022,144,13,5784
‑
5794.)
，因此许多研究者致力于设计功能性金属有机框架以此实现高性能的光电材料
。
尽管取得了一定进展，但是结果与实际应用仍存在较大的差距
。
因此，提供一种新型金属有机框架材料，对于金属有机框架材料优异的性能和应用前景是十分必要的
。

技术实现思路

[0003]解决的技术问题：针对上述技术问题，本专利技术提供一种叠层金属有机框架材料及其制备方法与应用，将单层的金属有机框架材料通过层与层直接共价连接，形成叠层金属有机框架材料结构，保留了金属有机框架材料可溶解加工
、
优异的导电性
、
稳定的铁磁性和发光性能的同时，可以增强层间相互作用，使其具备更高的电学性能
、
光学性能和磁学性能
。
[0004]技术方案：第一方面，本专利技术提供一种叠层金属有机框架材料，所述叠层金属有机框架材料由单层的金属有机框架材料通过对环芳烷进行层与层直接共价连接而形成，所述叠层金属有机框架材料的结构通式如下所示：
[0005][0006]其中：
X
是单体之间的成环连接键，
Y
是对环芳烷连接键，
M
是配位金属
。
[0007]优选的，所述叠层金属有机框架材料中的对环芳烷的结构式为下列结构中的一种或几种：
[0008][0009]优选的，所述叠层金属有机框架材料中含有成环连接键
X
的结构式为下列结构中的一种或几种：
[0024]称取
(51.2mg
，
0.15mmol)、(66.18mg
，
0.21mmol)
和
CuNO3·
3H2O(50.2mg)
后加入微波反应管中，再加入
5mL 1,4
‑
二氧六环和
1.5mL
去离子水，搅拌
、
超声
30min
；待固体完全溶解后，滴加
0.165mL N
‑
甲基吡咯烷酮
(NMP)
，在
85℃
下反应
24
小时
。
反应结束后，冷却至室温，以
10000rpm
离心6分钟并用四氢呋喃洗涤三个循环，收集沉淀物并烘干，得到的固体即为目标产物，编号为
MOF1
，其结构如下式所示：
[0025][0026]产率约为
33
％，
XRD
表征如图1中的
(1)
所示，在2°
左右有一个明显的结晶峰，说明合成的
MOF1
具有较好的结晶度；该叠层金属有机框架材料的
SEM
表征图如图2中
(1)
所示，表明该叠层金属有机框架材料的形貌为片层状
。
四探针测试该叠层金属有机框架材料电导率为
12S/cm。
该叠层金属有机框架的比表面积为
34.6m2/g。
[0027]实施例2[0028]称取
(49.8mg
，
0.13mmol)、(53.7mg
，
0.17mmol)
和
CuNO3·
3H2O(40.9mg)
后加入微波反应管中，再加入
5mL 1,4
‑
二氧六环和
1.5mL
去离子水，搅拌
、
超声
30min
，待固体完全溶解后，滴加
0.165mL NMP
，在
85℃
下反应
24
小时
。
反应结束后，冷却至室温，以
10000rpm
离心6分钟并用甲醇洗涤三个循环，收集沉淀物并烘干，得到的固体即为目标产物，编号为
MOF2
，其结构如下式所示：
[0029][0030]产率约为
36
％，
XRD
表征如图1中的
(2)
所示，有显著的结晶峰，表明
MOF2
生成，且具有较好的结晶度
。
该叠层金属有机框架材料的
SEM
表征图如图2中
(2)
所示，表明该叠层金属有机框架材料的形貌为片层状
。
该叠层金属有机框架的比表面积为
105.1m2/g。
[0031]实施例3[0032]称取
(100.8mg
，
0.3mmol)、(129.6mg
，
0.4mmol)
和
Ni(NO3)2·
6H2O(116.2mg)、NaNO3·
12H2O(24.0mg)
加入
Pyrex
反应管中，再加入
1.5mL DMF、4.5mL
氯仿和
5mL
去离子水，搅拌
、
超声...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种叠层金属有机框架材料，其特征在于：所述叠层金属有机框架材料由单层的金属有机框架材料通过对环芳烷进行层与层直接共价连接而形成，所述叠层金属有机框架材料的结构通式如下所示：其中：
X
是单体之间的成环连接键，
Y
是对环芳烷连接键，
M
是配位金属
。2.
根据权利要求1所述的一种叠层金属有机框架材料，其特征在于：所述叠层金属有机框架材料中的对环芳烷的结构式为下列结构中的一种或几种：
3.
根据权利要求1所述的一种叠层金属有机框架材料，其特征在于：所述叠层金属有机框架材料中含有成环连接键
X
的结构式为下列结构中的一种或几种：
4.
根据权利要求1所述的一种叠层金属有机框架材料，其特征在于：所述叠层金属有机框架材料中的配位金属
M
为：
Cu、Co、Ni、Ir、Zn、Fe、Gd、Zr、Pt、Mo、Pd、Cr
和
Nb
中的一种或者几种
。5.
一种权利要求1‑4任一项所述的叠层金属有机框架材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将对环芳烷
、
含有成环连接键
X
的化合物与含配位金属
M
的水合盐按比例溶解于溶剂中，然后将混合物进行超声处理，直到固体完全溶解，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖文勇，陈嘉俊，李祥春，王倩，孙浩，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：