[发明专利]具有咪唑结构的多孔金属有机框架材料的合成方法

说明书

本发明提供了一种具有咪唑结构的金属有机框架材料的合成方法，是以咪唑、5,6‑二甲基苯并咪唑、四水合醋酸钴为原料，以N,N‑二甲基甲酰胺为溶剂，在室温下搅拌合成金属有机框架；然后经高温碳化，得到具有咪唑结构的多孔金属有机框架材料。本发明具有原料廉价易得，合成工艺简单，反应条件温和，合成成本低，产率高等特点；合成的MOF材料化学稳定性好，密度小，热稳定性好，电化学性能优异，作为超级电容器电极具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种金属有机框架材料的合成，具体涉及一种具有咪唑结构的多孔金属有机框架材料的合成方法，属于金属有机合成技术领域。

背景技术

金属有机框架材料（metal organic frameworks，MOFs）是近十年来发展迅速的一种配位聚合物，具有三维的孔结构，一般以金属离子为连接点，有机配位体支撑构成空间3D延伸，是沸石和碳纳米管之外的又一类重要的新型多孔材料，在催化、储能和分离中都有广泛应用。目前，MOF已成为无机化学、有机化学等多个化学分支的重要研究方向。MOFs具有比表面积大，结构和孔径可调，热稳定性和化学稳定性好，结构有序，孔结构丰富等优点。20世纪90年代中期，第一代MOFs材料被合成出来，孔径和稳定性受到一定限制；1999年，Yaghi等人合成具有三维开放骨架结构的MOF-5，去除孔道中的客体分子后仍然保持骨架完整；2002年，Yaghi科研组合成IRMOF系列材料，实现了MOF材料从微孔到介孔的成功过渡；2008年，Yaghi科研小组合成出上百种ZIF系列类分子筛材料。金属-有机骨架化合物作为新的研究领域，在荧光、磁性、非线性光学、吸附、分离、储氢和催化等诸多方面显示出其独特的物理和化学性能以及潜在的巨大应用价值。

MOFs材料具有较大的孔隙率和比表面积，有利于产生较大的双电层电容。同时这种结构有利于电解质溶液的渗透，电化学过程中电荷的传输和金属活性中心的充分利用，被期望实现较好的速率性能和赝电容性能。

咪唑是分子结构中含有两个间位氮原子的五元芳杂环化合物，咪唑环中的1-位氮原子的未共用电子对参与环状共轭， 咪唑比其他1,3-二唑更容易发生亲电芳香取代反应，并且反应主要在C-4和C-5上进行。咪唑结构中的N原子可与金属离子配位，影响MOFs材料的孔径尺寸与孔道结构，咪唑中的氮原子还可提高MOFs材料的含氮量，增加其比电容。因此将咪唑结构与金属有机框架材料相结合，得到的复合材料应当具有优异的电化学性能，可作为超级电容器电极材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种合成成本低廉，合成工艺简单，热稳定性以及化学稳定性良好的具有咪唑结构的多孔金属有机框架材料的合成方法。

一、MOF的合成

以咪唑、5,6-二甲基苯并咪唑、四水合醋酸钴为原料，以N,N-二甲基甲酰胺（DMF）为溶剂，在室温下搅拌合成了多孔金属有机框架材料MOF，其具体工艺为：将咪唑与5,6-二甲基苯并咪唑溶解在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中得溶液；将四水合醋酸钴溶解在DMF中得溶液，再在搅拌下将溶液缓慢滴加到溶液中；滴加完毕后搅拌反应45~48小时，反应结束后，抽滤，产物用DMF洗去未反应的咪唑、5,6-二甲基苯并咪唑以及盐，再用二次蒸馏水洗去DMF，然后用乙醇洗涤；洗涤完成后，于60~70℃真空干燥20~24小时，研磨，获得紫色粉末；然后将紫色粉末置于管式炉中，以2~5℃/分钟的速度升温至600~650℃（温度太低碳化不完全，太高使MOF结构坍塌。），碳化2~2.5h，自然冷却到室温，得到MOF材料。

咪唑与5,6-二甲基苯并咪唑的物质的量为1:1~1:1.05；咪唑与四水合醋酸钴的物质的量比为2:1~2.05:1。

二、MOF的表征

1、FT-IR分析