[发明专利]一种三维铁基金属-有机骨架的制备方法及应用

说明书

一种三维铁基金属‑有机骨架的制备方法及应用，属于晶态材料的技术领域。化学分子式为Fe₃O₄(HTBTCPy)₂，H₄TBTCPy为有机配体7‑叔丁基‑1,3,5,9‑四苯甲酸芘。封闭条件下，有机配体7‑叔丁基‑1,3,5,9‑四苯甲酸芘与硝酸铁在N,N‑二甲基甲酰胺中，经由热反应得到金属‑有机骨架的晶体；此金属‑有机骨架具有较大的孔尺寸，可用作CO₂的吸附材料。

技术领域

本发明属于晶态材料的技术领域，技术涉及金属-有机配位聚合物材料，特别是一种三维铁基金属-有机骨架的制备方法及应用。

背景技术

由于人类活动，使得空气中CO₂浓度持续增加，进而引起温室效应等一系列环境问题，并且这种问题会随着世界经济、工业的发展越来越严峻。在人们找到可再生能源之前，化石燃料将会一直是人们的主要能源，因此寻找高效的捕获和封存CO₂(carbon captureand sequestration,CCS)的技术是非常必要和迫切的。目前，CCS的主要方法包括有机胺溶液吸收、膜分离和吸附等方法。在这些方法中，基于多孔材料的吸附法由于具有高效、经济、环境友好等优势，被广泛认为是一种十分有前景的方法。

作为一类新型的多孔材料，金属-有机骨架(metal-organic frameworks，MOFs)是由有机配体与金属离子或金属团簇通过配位键构筑而成。其特点是具有高的孔隙率、较大的比表面积大、可调控的结构等，在气体吸附与分离、生物、催化、能源等领域具有潜在的应用前景。而其在CO₂的吸附与分离方面的研究，更是引起了国内外科研人员的广泛重视，目前已有众多的相关工作被报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维铁基金属-有机骨架的制备方法及应用。

本发明的一种三维铁基金属-有机骨架，其特征在于，化学分子式为[Fe₃O₄(HTBTCPy)₂]，其中H₄TBTCPy为有机配体7-叔丁基-1,3,5,9-四苯甲酸芘。

从骨架连接构筑的角度，该三维金属有机骨架材料的晶体结构属于单斜晶系，空间群为C2/c，晶胞参数为：α＝γ＝90°，β＝99.184(4)。

在该金属-有机骨架中，每一个Fe³⁺离子以扭曲八面体的配位模式和一个μ₃-O原子、一个来自水的O原子和四个来自不同配体的羧基氧O原子配位；同时，三个Fe³⁺离子和一个μ₃-O原子、三个来自水中的氧原子以及六个来自不同配体的羧基氧相连构成了三核铁的次级构筑单元SBU即[Fe₃O₄(COO)₆]；

每个SBU通过四齿的有机配体(HTBTCPy ^3-)和周围的六个SBUs相连从而构成了三维的骨架；在该金属-有机骨架中存在延b轴的一维孔道；从拓扑学角度看，若是将三核铁的SBU即[Fe₃O₄(COO)₆]简化成六连接的节点，将四齿配体HTBTCPy^3-简化成三连接的节点，那么整个骨架可以简化成3,6-c连接的网；在去除了溶剂分子之后整个骨架可进入的孔体积达到了36.3％。

其中有机配体7-叔丁基-1,3,5,9-四苯甲酸芘的结构式如下所示。

本发明金属-有机骨架材料的合成方法，包括以下步骤：