[发明专利]一种胍基磷酸盐氢键有机框架材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于氢键有机框架材料的制备领域，具体公开了一种胍基磷酸盐氢键有机框架材料，化学式为：{Csubgt;25/subgt;Hsubgt;22/subgt;Osubgt;12/subgt;Psubgt;4/subgt;·2(CHsubgt;6/subgt;Nsubgt;3/subgt;)·(Hsubgt;2/subgt;O)}n，其中，n为正整数，TPM‑POsubgt;3/subgt;Hsubgt;2/subgt;为四(4‑磷酸基苯基)甲烷，DMF为N,N＇‑二甲基甲酰胺。结构单元属于单斜晶系，空间群为C2/c，分子式为Csubgt;56/subgt;Hsubgt;81/subgt;Nsubgt;18/subgt;Osubgt;26/subgt;Psubgt;8/subgt;，每个重复单元包含一个水分子、两个胍盐离子及一个TPM‑POsubgt;3/subgt;Hsubgt;2/subgt;分子，胍盐离子上的氨基、TPM‑POsubgt;3/subgt;Hsubgt;2/subgt;分子上的磷酸基以及水分子形成三维的氢键网络。该材料具有丰富的氢键网络，对质子运输有较好的性能。进一步制备成质子交换膜后，研究其在质子交换膜燃料电池中的应用。

技术领域

本发明属于氢键有机框架材料的制备领域，具体涉及一种胍基磷酸盐氢键有机框架材料及其制备方法和应用。

背景技术

在过去的几十年中，多孔结构的研究突飞猛进，导致了新材料有了重大的发展。其中，金属-有机框架(MOFs)和共价有机框架(COFs)是这方面的先驱，在气体存储、分离、传感、催化和燃料电池等领域显示出广泛的应用。与这些有机框架相比，氢键有机框架材料(HOFs)具有突出的特性，主要是因为它由C、H、O、N等轻元素组成的，通过氢键，π－π堆积以及范德华力相互作用自组装而成。HOFs材料不仅兼备了MOFs和COFs比表面积高、结构可设计和孔道可调控的特点，而且拥有合成条件温和、溶剂可加工性、易于通过溶解和重结晶再生的独特优势。因此，在气体吸附、分离、传感、催化和燃料电池等领域显示出广泛的应用。

HOFs是基于酸碱对构筑的氢键网络，因此本身就可以作为质子传导的通道；同时，它是一类多孔的晶态材料，质子载体可以有序地引入到此材料的孔道中，从而作为质子传输的通道。目前HOFs材料的研究主要集中于以磺酸为配体，电导率低；且关于HOFs的研究多为质子传导，对其在质子交换膜燃料电池中的应用研究较少；而且目前应用最广泛的质子交换膜是Nafion，但其价格昂贵，工艺复杂，在高温低湿条件下电导率急剧下降。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种胍基磷酸盐氢键有机框架材料及其制备方法，解决了该类材料电导率低的问题。

本发明的目的之二在于提供一种胍基磷酸盐氢键有机框架材料的应用，将胍基磷酸盐氢键有机框架材料制备成质子交换膜后，将质子交换膜应用于质子交换膜燃料电池中，最大功率密度与最大电流密度都得到了提高。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种胍基磷酸盐氢键有机框架材料，该胍基磷酸盐氢键有机框架材料的化学式为：{C₂₅H₂₂O₁₂P₄·2(CH₆N₃)·(H₂O)}n，其中，n为正整数，TPM-PO₃H₂为四(4-磷酸基苯基)甲烷，DMF为N,N＇-二甲基甲酰胺。

进一步，所述胍基磷酸盐氢键有机框架材料的结构单元属于单斜晶系，空间群为C2/c，分子式为C₅₆H₈₁N₁₈O₂₆P₈，晶胞参数：α＝90.00°，β＝106.504(8)°，γ＝90.00°，

进一步，所述胍基磷酸盐氢键有机框架材料由多个重复单元聚合而成，每个重复单元包含一个水分子、两个胍盐离子及一个TPM-PO₃H₂分子。