[发明专利]一种低温磁制冷金属有机框架材料及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于无机化学领域，也属于材料科学领域，它涉及一种低温磁制冷金属有机框架材料的制备方法，同时还涉及该低温磁制冷材料在高科技领域的应用。

背景技术

当给磁性材料外加高强度的磁场，该磁性材料在等温磁化时该磁性材料向外界放出能量，而在绝热退磁时从外界吸收热量，这一现象即为磁热效应(magnetocaloric effect,简写MCE）。磁制冷材料，就是利用磁性材料的MCE，利用其磁矩在有序态(磁熵高)到无序态(磁熵低)之间来回转换的过程中，放出和吸收能量的制冷方法。目前研究比较多的磁制冷材料一般为稀土为基的无机化合物或者合金，例如Gd₃Ca₅O₁₂, Dy₃Al₅O₁₂, DyCo₂,TbNi₂, Gd₅(Si_1-xGe_x)₄等。无机或者合金磁制冷材料一般具有稳定性好、实用性强等优点，但是其缺点是磁熵变值比较小，效率不高。而金属有机框架材料，因为其磁熵变值比较大，效率高，成为了研究的热点。然后，目前绝大多说的研究都是集中在稀土Gd为基的原子簇或者金属有机框架材料，而以过渡金属锰为基的磁制冷金属有机框架材料的研究目前尚无文献报道。

发明内容

本发明的目的在于制备一种低温磁制冷金属有机框架材料。

2-氨基烟酸锰的化学式为Mn(C₅H₄N₂O₂)₂，分子量为329.18, 属正交晶系，空间群P4(1)2(1)2，单胞参数为a = 8.0519(18) ?, b = 8.0519(18) ?，c = 20.071(7) ?，alpha = 90°，beta = 90°，gamma = 90°，V = 1301.3(6) ?³，Z = 4。其结构为一2D层状结构，它的晶体学不对称单元中分别含有一个2-氨基烟酸和1/2个金属锰原子。金属锰采用六配位，分别与2-氨基烟酸中的苯环上的氮原子和羧基氧原子原子配位。层状结构中，Mn原子和Mn原子之间的距离为8.052 ?。

2-氨基烟酸锰通过溶剂热法一步反应合成：醋酸锰、2-氨基烟酸、4ml乙腈和3ml甲醇混合，反应温度为160℃，恒温反应2天，然后2天降至室温，得到Mn(C₅H₄N₂O₂)₂的晶体。

变温磁化强度的测量表明, 2-氨基烟酸锰具有良好的磁制冷行为, 在2 K以及8 T的磁场下，其磁熵变值达到了37.97 J Kg^-1 K^-1。预期在太空探索、航空航天以及军事武器等高科技领域有着重要应用价值。此类低温磁制冷材料在现代科学技术中，特别是若干军事和民用高科技领域中，例如地球探测、宇宙背景探测、空间红外观测、毫米波亚毫米波探测、相对量测量、空间磁场测量、量子超导干涉器件等，都有一系列重要应用。

具体实施方案如下：

把0.25 mmol的醋酸锰(61 mg), 0.5mmol的2-氨基烟酸(69 mg)，0.5mmol的硝酸铵(40 mg), 4ml甲醇/3ml乙腈放入溶剂为20ml的聚四氟乙烯反应釜中，搅拌半个小时，然后4个小时内升高到160°C，在此温度下反应两天，然后两天内降到30°C，得到无色块状晶体，即为2-氨基烟酸锰。产率为75％，元素分析C₁₀H₁₀MnN₄O₄实验值为：N 17.21% C 43.53%，H 3.23%，理论值为：N 17.02% C 43.78%，H 3.06%。红外数据位：3404(强)，3304(强)，3179(中)，1624(强)，1577(强)，1525(强)，1458(中)，1410(强)，1336(中)，1256(强)，1151(中)，899(中)，830(中)，794(非常弱)，778(中)，751(非常弱)，690(弱), 592(弱), 543(弱), 502(弱)。