[发明专利]基于三环喹唑啉的二维导电金属有机框架材料及制备方法

说明书

本发明公开了基于三环喹唑啉的二维导电金属有机框架材料及制备方法，制备方法为：将2,3,7,8,12,13‑六羟基三环喹唑啉与二价金属离子M²⁺溶于溶剂中，反应得到一种基于三环喹唑啉的二维导电金属有机框架材料M₃(HHTQ)₂(M＝Cu，Ni，Co，Mn，Fe)，具有式II所示结构：本发明合成步骤简单，所需条件温和。获得的是具有蜂窝状孔道的二维片层结构，具有高电导率，高结晶性，高稳定性等优势。

技术领域

本发明属于金属有机框架材料及电化学能量转换领域，特别是涉及一种基于三环喹唑啉的二维导电金属有机框架材料M₃(HHTQ)₂(M＝Cu，Ni，Co，Mn，Fe)及制备方法及应用。

背景技术

二维导电金属有机框架(two-dimensional conductive metal-organicframeworks,2D c-MOFs)是由过渡金属节点(M＝Cu，Co，Ni等)与具有多顶点邻位取代官能团的有机连接体形成MX₄(X＝O，NH，S，Se)平面几何配位并相互连接构筑的一类二维材料。2D c-MOFs通常具有扩展的π-共轭层，规整有序的孔道结构，固有的孔隙率，以及良好的导电性等诸多迷人的特性。2D c-MOFs丰富的物理化学性质使其在气体吸附，传感，能量存储与转换等领域具有较大的应用潜力。

二氧化碳作为过渡工业活动的产物，是温室效应和许多自然灾害的元凶之一。开发新技术来存储和利用二氧化碳是我们迫切的追求。电催化还原二氧化碳以生成有用的化学品是实现碳循环和避免环境污染的一个有效策略。许多非均相催化剂，例如金属、金属氧化物、石墨烯基材料等常常被用作二氧化碳电催化剂，通常具有出色的表现。从经济的原则出发，过渡金属被认为是有效且实惠的二氧化碳电还原催化剂。特别是基于Cu的催化剂可以将二氧化碳转化为甲醇，乙醇，甲烷，乙烷等有价值的化学品，但是较高的过电位限制了其大范围的应用。其次，抑制金属簇的团聚以及控制金属的粒径尺寸仍然是一个亟待解决的问题。基于此，开发能够将过渡金属离子均匀分散且具有高反应活性的二氧化碳电还原催化剂成为了一个新的挑战。

在2D c-MOFs中，高含量的金属中心规律且稳定的分散在框架中可以提供稠密的催化活性位点。其次，2D c-MOFs的多孔性和开放的孔道为电解质离子提供足够的空间。另外，2D c-MOFs固有的电导率使电子能够快速的转移至活性位点，进而提高电流密度。因此，制备具有高活性的基于2D c-MOFs的电催化剂材料是主要目标。目前，如何设计和构筑具有高催化活性的二维导电金属有机框架材料仍然是一个巨大的挑战。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供基于三环喹唑啉的二维导电金属有机框架材料。

本发明的第二个目的是提供基于三环喹唑啉的二维导电金属有机框架材料的制备方法。

本发明的第三个目的是提供基于三环喹唑啉的二维导电金属有机框架材料的应用。

本发明的技术方案概述如下：

基于三环喹唑啉的二维导电金属有机框架材料，具有式II所示结构：

其中，M为Cu，Ni，Co，Mn或Fe。

上述一种基于三环喹唑啉的二维导电金属有机框架材料的制备方法，包括如下步骤：

将2,3,7,8,12,13-六羟基三环喹唑啉I与二价金属离子M²⁺溶于溶剂中，反应，得到一种基于三环喹唑啉的二维导电金属有机框架材料II，

反应式为：

其中，M为Cu，Ni，Co，Mn或Fe；