[发明专利]镉金属-有机框架材料、制备方法和自驱动电催化应用

说明书

本发明公开了一种镉金属‑有机框架材料、制备方法和自驱动电催化应用，具体为一种具有多孔结构的镉金属有机框架（Cd‑MOF）材料用于组装摩擦纳米发电机（TENG），实现Cd‑MOF‑TENG自驱动电催化位点选择性芳基化合物的溴化反应。本发明利用四羧酸配体和桥连配体共同作用，通过与镉离子自组装，构筑多孔Cd‑MOF，并作为摩擦电极材料组装TENG，拓展了摩擦层电极材料种类选择的范围，也拓宽了MOF材料的应用领域，实验结果表现出优异的稳定性能，实现了自驱动电催化芳基化合物的溴化反应。

技术领域

发明属于无机材料领域，具体涉及镉金属有机框架（Cd-MOF）材料的制备及其构筑的摩擦纳米发电机（TENG）实现自驱动位点选择性电催化芳基化合物的溴化反应。

技术背景

随着科技的日益发展，人们的生活质量得到了质的飞跃，但是随着化石能源的开采使用，能源短缺与环境保护成了当今世界广泛关注的话题。摩擦纳米发电机（TENG）具有收集环境中无用的机械能转化为电能的作用，在当今备受关注。而目前对于绿色能源的发展受到时间和空间等诸多因素制约的问题，金属有机框架材料（MOFs）因其合成简单、具有孔洞结构和大比表面积等特点，将 MOFs材料制作成摩擦电极与 TENG 进行组装，有望实现绿色和可持续的完美可再生能源。

传统的化石能源能够快速便捷的实现能量输出，但这种输出途径污染大且不可持续，这大大限制了工业社会的发展。本设计利用多功能有机配体，通过与镉离子和桥联配体的自组装设计合成了一种具有多孔结构的Cd-MOF。随后，将Cd-MOF材料与TENG组装构成Cd-MOF-TENG并进行性能测试。结果显示，具有多孔道结构的Cd-MOF为电子传输提供了更加流畅、便利的通道，使得摩擦起电和静电感应的耦合效应增强，显著提升了TENG的输出性能，实现了自驱动电催化反应。

本发明通过对Cd-MOF进行选择设计，构筑的Cd-MOF-TENG 具有优异的输出性能和可持续性。并利用自驱动设备作为电催化装置，实现了对芳基化合物的溴化反应。将MOFs与摩擦纳米发电机结合发电实现电催化是一种有效途径，同时满足了节能与环保需求。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种镉金属-有机框架材料（Cd-MOF材料）、制备方法和自驱动电催化应用。Cd-MOF材料具有三维结构，作为摩擦电极材料构筑TENG器件，具有良好输出性能及优异的循环稳定性，并应用于自驱动电催化反应。因此，这种材料可以成为一种有潜力的高输出的摩擦电极材料。

本发明利用H₄CBBD （4',4'''-carbonylbis(([1,1'-biphenyl]-3,5-dicarboxylicacid)作为多功能的有机配体，通过与镉离子和桥连配体1,2-Di(4-pyridyl)ethylene（4,4ʹ-bpe）的自组装，构筑了三维多孔道结构的Cd-MOF材料，并把它作为摩擦电极材料组装成TENG 器件，输出电流，实现自驱动电催化反应。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种镉金属-有机框架材料，所述镉金属有机框架材料Cd-MOF的分子结构为[Cd(BBPD)(4,4ʹ-bpe)H₂O]_n，n=∞，属于三斜晶系，空间群为P-1，晶胞参数为a=10.2641(9)Å，α=80.68(0)，b=14.0073(13)Å，β=77.85(0)，c=20.2722(18) Å，γ=89.15(0)。

本发明所述的三维结构Cd-MOF材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）硝酸镉（Cd(NO₃)₂·4H₂O）、配体H₄CBBD (H₄CBBD = 4',4'''-carbonylbis(([1,1'-biphenyl]-3,5-dicarboxylic acid)))、桥连配体4,4ʹ-bpe，（1,2-二(4-吡啶基)）、水、乙腈混合均匀；