[发明专利]二维钴配合物合成及作为光降解催化剂、铁电材料的应用

说明书

本发明提供一种钴配合物制备及其在光降解催化剂、铁电材料的应用。所述配合物的分子式为[Co₅(OH‑BDC)₄(TMIB)₄(NO₃)₂(DMA)₂·2H₂O]_n，其中，OH‑H₂BDC＝5‑羟基间苯二甲酸，TMIB＝1，3，5‑三(2‑甲基‑1‑咪唑基)苯。所述钴配合物为Co²⁺通过OH‑BDC^2‑、TMIB配体自组装而成二维网状结构。该钴配合物具有高效催化光降解染料性质：90分钟内亚甲基蓝基本降解完全，且易分离并可多次循环使用。此外该钴配合物具有优异的铁电性质：当外加电场1100V时，其剩余极化Pr为1.751μC/cm²，矫顽场Ec为654V/cm，饱和极化Ps为1.991μC/cm²，有望成为新型铁电材料在信息存储领域有广阔的应用前景。

关于资助研究或开发的声明：本发明是在江苏省政策引导类计划(产学研合作)-前瞻性联合研究项目(Grant no.BY2016066-08)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，具体涉及到一种1，3，5-三(2-甲基-1-咪唑基)苯和5-羟基间苯二甲酸为配体的钴配合物的制备及作为亚甲基蓝(MB)光降解催化剂及铁电材料的应用。

背景技术

工业的快速发展带来了日趋严峻的生态环境问题，人类的生存环境不断遭到破坏，使得水污染问题日趋严重。目前，我国水体污染的主要来源是工业废水，其中印染废水占工业废水的比重已超过35％。印染废水具有废水量大、色度高、毒性大、水质复杂等特点，属于高浓度难降解有机废水。亚甲基蓝(MB)、甲基橙(MO)等偶氮型染料在水体中的危害极大，不但严重危害河流、海洋的生态平衡，而且还会通过皮肤吸收进入人体内，导致头痛、呕吐，甚至照成多种器官不可逆的伤害乃至致癌。因此，高效处理水体中偶氮型染料污染物是一个重要课题。

传统的水处理工艺因具有易产生二次污染、耗能高、效率低等一系列弊端而不断被革新，由单纯传统处理工艺的改革逐渐转变为水处理的新材料研发。利用环境净化材料催化光降解染料废水的方法可以降解许多难生物降解的复杂大分子，在染料废水处理领域越来越引起人们的关注。因此，设计合成环境友好的、合成方法简单的、具有优异光催化性能的环境净化材料是一个重要的挑战。

与传统用于光降解的半导体材料相比，配合物在光降解染料方面具有许多优势：(1)晶体结构的精准有利于研究配合物光降解染料的结构与性质之间的关系；(2)可调谐的活性位点促进了配合物光降解染料，可高效利用太阳能；(3)配合物的多孔性和较大比表面积能够允许染料分子快速的通过通道，这对提高光催化降解的效率是十分有效的；(4)配合物的金属离子和配体的相互作用可以有效分离光生电子和空穴，从而提高光催化活性。因此，配合物具有高的光催化活性和化学稳定性，且合成方法简单，是一种理想的光反应的催化剂。

铁电材料是一类具有铁电性质的相变材料。该类材料不仅具有自发极化，且在一定温度范围内，其自发极化强度能随外施电场的方向改变而改变，能在外界电场、磁场、光波、压力和温度的刺激下会做出相应的响应，实现机械能、电能、热能、光能、电磁能等能量之间的转换，在当今信息功能材料和微电子领域备受重视，在国防、探测、通信等领域具有极为重要的用途。

传统的含铅类的陶瓷铁电体以及钙钛矿类型的无机型铁电体因其在生产中需要煅烧，耗能大、产率低，废弃物环境污染严重，成薄膜难且易脆而不断被革新。此外，无机型铁电体难以进行功能设计和修饰的事实进一步限制了该领域的研究进展。与传统的无机型铁电体相比，配合物在铁电材料方面具有合成简单、成本低、绿色环保、可塑性强、可成膜、性质多样等优势越发受到人们的关注。因此，配合物是一种理想的铁电材料。