[发明专利]一类富电子体系的金属有机框架分子材料及其在光催化还原重金属离子中的应用

说明书

本发明涉及一种新型富电子体系的金属有机框架分子材料，其分子式为：C₂₇H₂₁CdN₉O₇，其化学式为[Cd(TIPA)(NO₃)₂]·H₂O，简称为Cd‑TIPA(TIPA=tris‑(4‑imidazolylphenyl)amine)。该化合物属于单斜晶系，C2空间群，拓扑结构为utp型。其合成方法具体为：将Cd(NO₃)₂·6H₂O和TIPA于蒸馏水和N，N‑二甲基甲酰胺的混合溶剂中混匀，然后转移至反应釜中90‑100℃反应70‑80小时，冷却至室温，晶体析出，经洗涤、干燥即得。该新型金属有机框架分子材料可以作为光催化剂催化还原重金属离子尤其是Cr(VI)和Mn(VII)。

技术领域

本发明属于金属有机框架化合物制备技术领域，具体涉及一类富电子体系的新型金属有机框架分子材料、合成方法及其作为光催化剂在催化还原重金属离子尤其是Cr(VI)和Mn(VII)中的应用。

背景技术

近年来，化学工业的迅速发展导致了日趋严重的水污染，特别是在电镀、油漆工艺、采矿和电子产品制造等方面重金属的广泛应用。然而重金属大多具有高毒性及可致癌性，对环境和人类健康具有极大的威胁。其中六价铬离子Cr(VI)被鉴定为这些重金属污染中最有毒性的物种之一，环境保护署规定饮用水中六价铬离子含量应不超过0.1(δ= 0.1 ppm)。因此，为了饮用水的安全和人类的健康，快速高效检测并还原水中微量Cr(VI)离子显得尤为迫切。目前已发展出多种去除水中Cr(VI)的方法，如化学沉淀、生物吸附、离子交换、电解、吸附和电化学还原等。然而，这些传统方法具有成本昂贵、二次污染、复杂的制造工艺和低效率等缺点。众所周知，铬在自然环境中主要以两种氧化态存在Cr(VI)和Cr(III)，其中三价铬对人类具有低毒性并且是人体必需微量元素。所以去除六价铬最有效方法不是吸收而是降解/还原到三价铬Cr(III)。因此，开发高毒性Cr(VI)离子还原成低毒性Cr(III)离子的光催化技术是十分合理和可行的。

金属-有机骨架(MOFs)具有结构多样、孔隙率高、体积大、微环境可调谐等特点，在气体储存、磁性、光学材料、化学传感等领域有着广泛的应用，特别是在催化领域，从分子水平上为研究催化反应机理提供了良好的平台。随着MOF的快速发展和深入研究，光催化MOFs近年来也得到了迅速的发展，主要应用于水的分解、CO₂的还原、有机和无机污染物的降解等方面。要实现具有特定还原Cr⁶⁺离子的光催化功能MOF，首先要考虑到MOF结构中有机配体的物理化学性质。近年来，三(4-咪唑基苯基)胺(TIPA)因其优良的性质而受到人们的广泛关注，如：1)TIPA初始状态下是一种强电子给体；2)它能稳定电荷转移态；3)具有良好的空穴传输能力，可改善材料的导电性能；4)具有体积大、配位方式多样的特点。本申请设想，将TIPA和D¹⁰金属结构结合在一个框架中，将产生优异的金属-配体电荷转移和荧光性能。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一类富电子体系的新型新型双重穿插金属有机框架分子材料、合成方法及其作为光催化剂在催化还原重金属离子尤其是Cr(VI)和Mn(VII)中的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一类富电子体系的金属有机框架分子材料，其分子式为：C₂₇H₂₁CdN₉O_7，化学式为[Cd(TIPA)]·(NO₃)₂·H₂O，简称为Cd-TIPA (TIPA = tris-(4-imidazolylphenyl)amine)。该化合物属于单斜晶系，C2空间群，拓扑结构为utp型。该材料作为催化剂能够高效的光催化还原重金属离子Cr(VI)和Mn(VII)。