[发明专利]一种在沸水和盐酸水溶液中稳定的In金属-有机骨架、制备方法及其应用

说明书

一种在沸水和盐酸水溶液中稳定的In金属‑有机骨架、制备方法及其应用，属于晶态材料的技术领域。化学分子式为[In₃(TTTA)₂(OH)₃]，TTTA为有机配体(2E,2'E,2”E)‑3,3',3”‑(2,4,6‑三甲基)‑均苯三丙烯酸。本发明通过将[In₃(TTTA)₂(OH)₃H₂O]浸泡于二氯甲烷溶液中进行活化，使之发生单晶到单晶的转化过程得到的全新材料；此金属‑有机骨架在经过沸水和pH＝4的盐酸水溶液处理后仍能够保持结构的稳定，且具有较大的孔尺寸以及比表面积，可用作选择性吸附分离C₂H₂/CO₂和C₂H₂/CH₄的吸附材料。

技术领域

本发明属于晶态材料的技术领域，技术涉及金属-有机配位聚合物材料，特别是一种在沸水和盐酸水溶液中稳定的铟(In)的金属-有机骨架(MOF)、单晶到单晶的转化过程及其应用。

技术背景

工业气体被喻为工业的“血液”。随着中国经济的快速发展，工业气体作为国民经济基础工业要素之一，在国民经济中的重要地位和作用日益凸显。根据不同工业生产环节的特定用途，对不同气体的纯度或组成、有害杂质允许的最高含量、产品的包装贮运等都有极其严格的要求，属于高技术，高附加值产品。因此，气体的纯化与选择性分离是当今工业生产中的重点和难点，以乙炔为例，作为一种高度易燃且性质活泼的反应性气体，乙炔被广泛应用于照明、焊接和切割金属(乙炔氧焰)，也是工业中生产乙醛、乙酸、苯、合成橡胶、合成纤维的基本原料，但由于乙炔的制备过程中经常会混入一些杂质气体(如二氧化碳、甲烷等)，严重影响乙炔气体的纯度，进而影响其使用范围与工业价值。传统的低温蒸馏等方法由于分离比低、能耗较高、耗时间长或存在一定的安全隐患，已经不能适应快速发展的经济对于高纯乙炔的需求量。所以寻找一种高效、安全、节能的吸附分离材料迫在眉睫。

金属有机骨架(Metal-Organic Frameworks,简称MOFs)作为一种新型的功能多孔材料，已经吸引了研究人员足够的关注，它是由含金属的节点和有机桥联配体通过配位键连接构筑而成，能在温和而简单的合成条件下制备，具有可随配体功能化、孔道结构多样性设计和调整的多样功能以及独特性质，目前已被研究运用与气体储存与分离、化学分选和催化、离子交换与吸附、生物医药、分子识别和传感等领域。正是由于MOFs材料往往具有较高的孔隙率和比表面积以及特殊孔洞性质，使其表现出非常好的气体储存与离子交换分离性能，尤其是表现在与传统多孔材料相比，MOFs的骨架结构与孔性质更容易调控，具有更高的吸附量以及更强的吸附能力。

In金属-有机骨架材料在MOFs材料的大家族当中占有一席之地，但大多数的In-MOFs的稳定性都不那么尽如人意，其原因主要是(1)In原子与氧或氮形成的配位键并不是非常稳定的类型，在水溶液体系中，容易受水分子进攻而被破坏；(2)In金属-有机骨架材料普遍为离子型骨架(多为阴离子框架)，其孔道中含有抗衡(阳)离子来使电荷平衡，这在一定程度上制约了其结构的化学稳定性。因此，能够在水中、沸水中甚至盐酸水溶液中保持结构稳定的In金属-有机骨架材料实属罕见。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全新的能够在沸水和弱酸中保持结构稳定的In金属-有机骨架，通过单晶到单晶转化的方法制备和气体选择性吸附分离领域的应用。

本发明的一种三维的In金属-有机骨架材料，其特征在于，化学分子式为[In₃(TTTA)₂(OH)₃]，其中TTTA为有机配体(2E,2'E,2″E)-3,3',3″-(2,4,6-三甲基)-均苯三丙烯酸。从骨架连接构筑的角度，该三维金属有机骨架材料的晶体结构属于单斜晶系，空间群为P 2₁/c，晶胞参数为：α＝γ＝90°，β＝104.883(2)°。