[发明专利]一种基于苯并菲羧酸配体的Cu的金属-有机骨架材料和制备方法及其应用

说明书

一种基于苯并菲羧酸配体的Cu的金属‑有机骨架材料和制备方法及其应用，属于晶态材料的技术领域。化学分子式为[Cu₃(TPHB)(H₂O)]，H₆TPHB为有机配体3,3',3”,3”',3””,3””'‑(三亚苯基‑2,3,6,7,10,11‑六基)六苯甲酸。该金属‑有机骨架的合成为封闭条件下，有机配体3,3',3”,3”',3””,3””'‑(三亚苯基‑2,3,6,7,10,11‑六基)六苯甲酸与硝酸铜在N,N‑二甲基甲酰胺和水的混合溶液中，经由溶剂热反应得到金属有机骨架材料的晶体；在苯蒸气吸附方面具有潜在应用。

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，特征是一种基于苯并菲羧酸配体的Cu的金属-有机骨架材料和制备方法及其应用。

背景技术

金属有机骨架(metal-orgaCuc frameworks，MOFs)，以其结构的可控性(设计与合成具有特定主体框架、官能团的有机配体)、功能多样化(其结构的多样性决定了功能的多样化)等特点得到了广大化学家的关注与研究，成为了涵盖生物医学、材料化学、高分子化学、有机化学和分析化学等多个领域研究的热点。它已经成为了新型的多功能材料的代表，在以下诸多方面有优良的应用优势：气体的吸附/分离、光化学传感、磁存储材料、多相催化、分子识别、药物传递等。

苯并菲羧酸类配体可以提供多个羧酸的配位位点并且可以形成不同的配位模式；该配体中存在六个羧基基团与中心的苯并菲通过苯环相连接，使其在合成MOFs的过程中可以与金属离子形成不同的金属簇单元。这不仅可以增加配位聚合物框架结构的稳定性和空间结构的多样性，也可以加强配合物骨架与气体的相互作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于苯并菲羧酸配体的Cu的金属-有机骨架材料和制备方法及其应用。

本发明的一种基于苯并菲羧酸配体的Cu的金属-有机骨架材料，其特征在于，化学分子式为[Cu₃(TPHB)(H₂O)]，H₆TPHB为有机配体3,3',3”,3”',3””,3””'-(三亚苯基-2,3,6,7,10,11-六基)六苯甲酸简称苯并菲羧酸。

从骨架连接构筑的角度，该金属-有机骨架的晶体结构属于六方晶系，空间群为P_-6，晶胞参数为：α＝γ＝90°,β＝120°。

该金属-有机骨架材料中每个Cu²⁺和2个轴向的水分子中的O原子以及4个来自不同配体的苯并菲羧酸O原子配位，形成八面体构型；每个配体连接6个金属Cu²⁺；两个金属Cu²⁺与四个苯并菲羧酸配体形成一个双核轮桨的次级构筑单元；该金属-有机骨架通过中心金属Cu²⁺与配体连接形成二维层状结构。

若将该金属-有机骨架中的金属以及苯并菲羧酸配体简化，则该金属-有机骨架可简化成一个(4,12)-连接的层状结构，其施莱夫利符号(symbol)为(3·¹¹⁸)(4)₉₂，是一种新的拓扑。

其中苯并菲羧酸配体3,3',3”,3”',3””,3””'-(三亚苯基-2,3,6,7,10,11-六基)六苯甲酸(H₆TPHB)，化学结构式如下所示。

该配体中同时包含六个羧酸官能团；配体中的羧酸是在最外层苯环的间位。

本发明新型的苯并菲羧酸配体的合成方法，包括以下两个步骤：

(1)将六溴苯并菲和4-甲氧羰基苯硼酸、碳酸钾、四(三苯基膦)钯、1,4-二氧六环和甲苯加入到反应器中，密封，抽真空，惰性气体保护，加热反应得3,3',3”,3”',3””,3””'-(三亚苯基-2,3,6,7,10,11-六基)六苯甲酸酯；