[发明专利]一种具有质子导电性能的锌配合物单晶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有质子导电性能的锌配合物单晶及其制备方法，属于功能配合物化学技术领域，该配位聚合物以5‑(3,5‑二甲基吡唑‑4‑亚甲基)间苯二甲酸与二水合硝酸锌经溶剂热合成方法制得，配体5‑(3,5‑二甲基吡唑‑4‑亚甲基)间苯二甲酸是以5‑甲基3,5‑二甲酸、乙酰丙酮和水合肼为原料，经酯化、溴代、亲核取代、环化、水解方法合成；本发明的配合物单晶是将配体和硝酸锌在乙腈和水的混合溶剂中，在120℃温度下恒温3d，然后自然条件下降至室温制得；本发明制备的配合物单晶具有质子导电性能，在不同湿度和温度条件下具有不同的质子导电性能，该导电性能的强弱对温度和湿度的依赖性较大。

技术领域

本发明属于功能配合物化学技术领域，具体涉及一种具有质子导电性能的锌配合物单晶及其制备方法。

背景技术

燃料电池(FCs)是一种将燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的装置，是一种高效的电化学发电装置，目前被认为是一种有着广泛应用的首选能源。氢氧燃料电池作为一种无污染清洁型发电装置，由于其具有较高的能量密度和较高的能量转化率而深受人们青睐。氢氧燃料电池工作的基本原理是：氧气作正极，氢气作负极，在负极上的氢气失去电子，经过外部的负荷回路到达正极，氢离子(质子)穿过质子交换膜与正极的氧气结合生成水，即质子交换膜燃料电池中氢气与氧气结合生成水并产生电能。

质子交换膜燃料电池的性能很大程度上取决于质子传导速率的快慢，研究者们已经为此付出了巨大的努力。在诸多研究中，尤以杜邦公司研发的Nafion质子交换膜在FCs中应用最为广泛。Nafion膜将质子从电池负极传递至正极完成电池回路。由于这种Nafion质子交换膜具有结构稳定较好、质子电导率较高以及在重复利用时活性没有明显损失的良好性能，使其应用到FCs的质子交换膜取得了巨大的成功。但是，这种质子交换膜的高成本与较低操作温度(低于80℃)的缺陷又限制了其在很多方面的大规模应用。因此，研制一种廉价、能在较宽温度范围内工作、且表现良好的质子交换膜是令人期待，又非常具有挑战性的一项工作。

金属有机骨架化合物(MOFs)是金属离子或多核金属原子簇与有机配体配位自组装形成的一种有机-无机杂化材料。作为晶态功能材料，MOFs由于其比表面积较大、多孔性和高伸展性结构特征，为其在质子导电材料上的应用提供了一个新的思路。与传统材料相比，MOFs具有结构可调性、化学稳定性、易于组装和易与其他材料附合使用等特点，已经成为了质子导电材料的理想选择。众所周知，虽然MOFs晶态功能材料的结构受诸多因素的影响，但是总体来说配体的结构和性质起着关键的决定性作用。因此配体的设计与制备成了整个工作中最为核心的一个环节。

氢键和隧道并存是MOFs具有导电性的基础，亲水性基团的存在有利于形成氢键，角型结构特征的配体易于构建具有隧道结构的网络。为此，具有亲水性基团的角型有机配体就成了我们的重点关注对象。

发明内容

本发明提供了一种具有质子导电性能的锌配合物单晶及其制备方法，解决上述问题，本发明是通过如下技术方案来实现的。

本发明目的之一提供一种具有质子导电性能的锌配合物单晶，所述配合物单晶的化学式为：[Zn(L)(H₂O)]_n，属于正交晶系，Pbca空间群，所述L结构简式为：

本发明目的之二提供一种具有质子导电性能的锌配合物单晶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:

(1)5-苄溴间苯二甲酸二甲酯的制备：以5-甲基间苯二甲酸为原料，依次加入无水甲醇和浓硫酸，制得5-甲基间苯二甲酸二甲酯；再以5-甲基间苯二甲酸二甲酯为原料，依次加入四氯化碳溶液和偶氮二异丁腈，经过萃取、干燥、蒸馏、重结晶制得5-苄溴间苯二甲酸二甲酯；5-苄溴间苯二甲酸二甲酯的制备属于现有技术，详细制备方法已在专利201710817705.6中公开；