[发明专利]一种离子型氢键有机骨架材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于功能有机晶态材料的制备领域，公开了一种离子型氢键有机骨架材料，其化学式为：[(DBpy²⁺)·(C₁₀H₈O₆S₂)]·(H₂O)_n，其中：DBpy²⁺为N,N'‑二氨基4,4'‑联吡啶阳离子盐，C₁₀H₈O₆S₂为萘二磺酸化合物。还公开了其制备方法，将N,N'‑二氨基4,4'‑联吡啶阳离子盐与萘二磺酸化合物按摩尔比为1：(1～1.5)称取；将N,N'‑二氨基4,4'‑联吡啶阳离子盐溶于溶剂中，得到溶液A；萘二磺酸化合物溶于水中，超声处理，得到溶液B；将溶液A和溶液B混合得到混合溶液C；将混合溶液C进行溶液法反应1‑2周，得到晶体，然后过滤、洗涤、干燥，得到离子型氢键有机骨架材料。该材料具有良好的热稳定性，水稳定性及化学稳定性，具有丰富的氢键网络结构，可作为质子导电材料，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于功能有机晶态材料的制备领域，具体涉及一种离子型氢键有机骨架材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，质子交换燃料膜电池作为一种生态友好型电池引起了广泛的关注。质子燃料膜电池中的膜材料作为质子导电材料应具备高的化学稳定性、水稳定性和高的质子传导率等特性。Nafion作为商业化的膜材料具有各种理想的特性和较高的质子电导率，但其成本较高，操作条件具有一定的局限性。因此，开发新的质子导电膜材料来代替传统导电材料是一个新的具有挑战的课题。氢键有机骨架(HOFs)作为一种新型的晶态材料引起了人们越来越多的关注。这种晶态材料由纯有机化合物通过氢键相互作用构建而成的，具有合成简便、能耗低、热稳定性好，溶液可加工性等优点。近年来，大量的氢键有机骨架材料被广泛研究，其中单组分氢键有机骨架材料的研究尤为突出，但由于单组分氢键有机骨架的自组装为自身官能团与自身官能团的氢键连接，其稳定性较差，氢键形式单一，在导电性上的研究受结构稳定性的影响。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种离子型氢键有机骨架材料及其制备方法，解决了单组分氢键有机骨架材料稳定性差的问题。

本发明的目的之二在于提供所述离子型氢键有机骨架材料作为导电材料在制备质子燃料膜电池中的应用。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种离子型氢键有机骨架材料，该离子型氢键有机骨架材料的化学式为：[(DBpy²⁺)·(C₁₀H₈O₆S₂)]·(H₂O)_n，其中：DBpy²⁺为N,N'-二氨基4,4'-联吡啶阳离子盐，C₁₀H₈O₆S₂为萘二磺酸化合物。

进一步，该离子型氢键有机骨架材料为晶态材料，晶态材料由不对称结构单元组成，不对称结构单元由一个N,N'-二氨基4,4'-联吡啶阳离子盐、一个萘二磺酸化合物和一个水分子组成。

进一步，该离子型氢键有机骨架材料为由N,N'-二氨基4,4'-联吡啶阳离子盐与萘二磺酸化合物通过分子间氢键相互连接，且在π-π堆积的协同作用下组装而成的晶态材料。

进一步，该离子型氢键有机骨架材料结构单元属于单斜晶系，空间群为P21/n，分子式为C₂₀H₂₂N₄O₈S₂，分子量为510.53，晶胞参数：