[发明专利]微孔镍配位聚合物和制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及微孔金属-有机配位聚合物材料，特别是一种镍配位聚合物和制备方法及其应用，所述的镍配位聚合物是具有微孔的gra三维网络结构的聚合物，具有选择性吸附分离氢气和氮气的功能。

背景技术

近年来，通过金属离子与有机多功能配体的配位来构筑具有新型孔道结构的配位聚合物材料已经引起了人们的极大兴趣。不仅因为它们拥有新颖精美的拓扑网络结构，而且主要是因为它们能表现出特异的光、电、磁、催化以及吸附分离等性质或功能(Yaghi，O.M.；O’Keeffe，M.；Ockwig，N.W.；Chae，H.K.；Eddaoudi，M.；Kim，J.Nature 2003，423，705；Kitagawa，S.；Kitaura，R.；Noro，S.Angew.Chem.Int.Ed.2004，43，2334；Roberts，J.；Scheidt，K.A.；Nguyen，S.T.；Hupp，J.T.Chem.Soc.Rev.，2009，38，1450)。然而设计和构筑这类具有特殊结构和性能的孔道材料具有很大的挑战性，其中有机配体的设计和选择尤为重要。这是因为此类聚合物材料的孔道大小有严格的限制并且要求其有很好的稳定性。穿插结构可以用来控制孔道的大小，而且穿插结构还可以增加聚合物的稳定性。根据互穿所形成的孔道大小，结合各种气体分子的动力学半径大小，可以使动力学半径比孔道有效半径小的气体通过，而动力学半径比孔道有效半径大的气体则难以通过，从而有效的来实现选择性吸附。迄今为止，此类具有选择性吸附性能的材料的文献报道还相对较少。(例如：Dybtsev，D.N.；Chun，H.；Yoon，S.H.；Kim，D.；Kim，K.J.Am.Chem.Soc.2004，126，32；Humphrey，S.M.；Chang，J.-S.；Jhung，S.H.；Yoon，J.W.；Wood，P.T.Angew.Chem.Int.Ed.2007，46，272；Li，J.R.；Kuppler，R.J.；Zhou，H.C.Chem.Soc.Rev.，2009，38，1477.等)。这类材料的合成与探索，特别是合理的设计和拓展构筑该类配位聚合物的有机多功能配体对本研究领域，进而对开发高性能新材料将会产生很大的影响，并为材料科学领域注入强大的生命力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微孔镍配位聚合物和制备及其应用，该材料是具有微孔结构的gra三维网络结构的聚合物，具有选择性吸附分离氢气和氮气的功能。

本发明所述的微孔镍配位聚合物的化学式为{[Ni(L)(PTA)](DMF)_2.5}_n，其中L为1，3，5-三(p-咪唑苯基)苯，PTA为对苯二甲酸，DMF为N，N-二甲基甲酰胺；主要红外吸收峰为3128cm^-1，1666cm^-1，1606cm^-1，1575cm^-1，1523cm^-1，1385cm^-1，1308cm^-1，1065cm^-1，964cm^-1，819cm^-1，753cm^-1，662cm^-1。

本发明微孔镍配位聚合物配位主体骨架的分解温度为348℃。

本发明微孔镍配位聚合物晶体属于单斜晶系，空间群为P2₁/n，晶胞参数为：α＝γ＝90°，β＝92.152(5)°；

本发明微孔镍配位聚合物的结构是：配体L与金属镍形成6³二维网络，然后配体PTA将6³网络连接形成三维微孔结构；孔道中填充有溶剂DMF分子，孔道直径约为整体结构为二重互穿gra拓扑网络结构。

本发明微孔镍配位聚合物的合成方法，包括以下步骤：

将有机配体L，PTA，硝酸镍和吡啶加入到N，N-二甲基甲酰胺溶剂中；将此DMF混合溶液通过溶剂热反应得到块状红色单晶，然后用DMF洗涤，干燥。

所述的L与PTA的摩尔比为1∶2～1∶3。

所述的L与硝酸镍的摩尔比为1∶1～1∶2.5。

所述热反应的溶剂热条件为在115～125℃下反应5天，缓慢降到室温。