[发明专利]具有纳米孔道的Zn(Ⅱ)-三酸配合物及应用

说明书

 关于资助研究或开发的声明：本发明是在天津市应用基础与前沿技术研究计划天津市自然科学基金项目（Grant no. 14JCQNJC05900）以及国家自然科学基金项目（Grant No. 21301128)的资助下进行的。

技术领域

本发明属于有机合成和金属有机化学技术领域，涉及具有纳米孔道的Zn(II)-三酸配合物的合成，更具体的说是三联苯-3,4'',5-三羧酸的三维Zn(II)纳米多孔配合物的合成及其在能源气体吸附应用。

背景技术

作为一种无污染、清洁的可再生能源，氢能源的开发和应用已获得各国的广泛关注，它包括四个环节：生产、输运、储存、使用。其中，储氢技术是开发应用的关键环节。传统的储氢方法有两种，一种方法是利用高压钢瓶(氢气瓶)来储存氢气，但钢瓶储存氢气的容积小，瓶里的氢气即使加压到150个大气压，所装氢气的质量也不到氢气瓶质量的1%，而且还有爆炸的危险；另一种方法是储存液态氢，将气态氢降温到-253℃变为液体进行储存，但液体储存箱非常庞大，能耗高，需要极好的绝热装置来隔热，才能防止液态氢不会沸腾汽化。因此安全而高效的储氢技术即开发新型高效的储氢材料是当务之急。根据美国能源部的研制目标，实用化的储氢材料其重量储氢密度在2010年要达到6.0 wt%；2015年要达到9.0 wt%。为达到这一目标, 多年来许多科研工作者已对氢的储存进行了大量深入和广泛的研究和正在努力寻找着一种经济、安全而实用方便的储氢方式。

吸附被认为是最有希望的储氢技术，金属-有机框架(Metal-Organic Frameworks, 简称MOFs)储氢技术逐渐成为二十一世纪国际新兴的前沿研究领域。金属有机框架的合成与性质研究是二十世纪九十年代后期发展起来的无机化学和材料化学中重要的研究领域之一。由于开放的金属-有机配位聚合物密度小，仅是传统金属氢化物的三分之一，采用MOFs作为储氢介质可大大降低储氢器的重量。这一特点尤其符合氢燃料电池汽车的供氢系统要求。此外该类材料还具有比表面积大、孔洞体积大的特点，因此是一种新型高容量轻质储氢材料，近年来已成为一种新型简便的储氢方法应运而生。从一开始人们就认识到，不仅MOFs的组成是可调的，而且其孔容的内容物也是可变的[2]。为了证明这些孔洞的可进入性，人们研究了离子和溶剂分子的交换。一系列小分子的定量交换研究鉴别出了一些具有特殊功能的MOFs(如能容纳特定形状的客体分子的MOFs)。相对于传统的多孔材料例如沸石，金属-有机配位聚合物(MOFs)具有良好的柔韧性及可控性，尤其是MOFs具有相对较低的密度(1.00-0.20 g/cm3)和高比表面积(500-4500 m2/g)，使得它们可以作为良好的气体吸附载体及气体分离器件(N2, Ar, CO2, CH4和H2)。

目前，金属-有机框架储氢研究工作主要集中在羧酸与过渡金属构筑的配位聚合物，相对过渡金属配合物而言，金属配位聚合物的合成和储氢以及相关能源材料的储存研究滞后很多。由于三价镧系离子具有8到12的高配位数而且变化幅度也很大，使得它与配体结合后，产物的空间结构很难预测和控制，并且从文献已报道的化合物来看，它们的空间拓扑结构很少呈现高对称性和很规则的图案。并且不同配位的几何构象之间的能差很小，因此在立体化学中优先选择的构象并不明显。这些因素使得理想地设计和合成配位聚合物面临巨大挑战。直到1984年才得到了第一个结构表征的配合物[Ln2(H2O)2Ni3(S2C2O2)6·xH2O]。后来随着NdFeB永磁材料及YBaCuO超导体的发展，该类配合物作为制备超导材料的前驱体而受到极大的重视。

总体而言，选择合适的多酸配体、调整配体和多种金属离子的比例及反应温度，是合成新型多孔材料的有效手段。尝试不同的反应条件，通过单晶解析、吸附性质测定, 以期能够筛选出具有吸附性能的多孔材料。因此通过探索孔材料的孔径、比表面积、孔洞占有率以及吸附性能的内在联系，寻找体系中具有应用价值的多孔材料，不仅有助于配位化学的发展，对于新型多孔材料在气体吸附、离子交换、催化等领域的研究也都具有重要的研究意义。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供如下的技术方案：

具有纳米孔道的Zn(II)-三酸配合物，该化合物是新的,通过scifinder查询没有文献报道该物质；其化学通式如下：

 [Zn(L)] (DMF)  (1)；L的结构式为

L指的是三联苯-3,4'',5-三羧酸 （Terphenyl-3,4'',5-tricarboxylic acid）。