[发明专利]一种锌基金属有机骨架及其合成方法与应用

说明书

本发明公开了一种锌基金属有机骨架及其合成方法与应用，锌基金属有机骨架包括α型和β型两类构型，其化学通式分别为：α型{[Zn₁₅(Ln)₈(HCOO)₂(H₂O)_8.5O_0.25][(NH₂CH₃CH₃)_6.5]}_n，其中，n＝1，2，3，4或5和β型[Zn₁₇(Ln)₈(CH₃COO)(H₂O)_9.25O_0.5]_n，其中，n＝1，2，3，4或5；以5‑(取代基)‑1,3‑二(3，5‑二羧酸苯基)苯为配体，溶剂为N,N‑二甲基甲酰胺或N,N‑二乙基甲酰胺，采用溶剂热法，合成具有三重壁笼子特征的三维网络结构。本发明制备的有机金属骨架材料显示出很高的二氧化碳选择吸附性能，能选择性分离二氧化碳，该化合物在热电厂烟道气中的二氧化碳捕获以及天然气纯化领域具有很大的应用价值。

技术领域

本发明属于金属有机骨架材料的合成，具体涉及一种基于5-(取代基)-1,3-二(3，5-二羧酸苯基)苯为配体的由五种锌氧簇构建的具有三重笼子特征的两类同构锌基金属有机骨架材料。

背景技术

为了尽可能提高材料对CO₂的选择性亲和能力，在金属有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)内构建多面体笼型孔腔，通过孔腔窗口和孔内特异性金属位点协同作用，达到二氧化碳分子的特异性吸附和选择性捕获是一类有效的方法。多面体笼型结构本身具有较好的结构稳定性，能够赋予金属有机骨架材料较高的稳定性，因此构建含多面体笼的金属有机骨架材料应用于二氧化碳的选择性捕获极为引人注目。同时，增加金属簇异质性可在同一金属有机骨架体系内构建多种不同活性的金属位点，对气体选择性吸附也具备相当的提升作用。然而，通常情况下，多面体笼型金属有机骨架材料均由单层笼子构建，稳定性提升较为有限，并且由于金属簇异质性所限，构建笼型金属有机骨架的金属簇基本局限于两种及以下。因此，如何有效构建具有高二氧化碳选择性吸附能力的具备多重壁笼子且金属簇多元异质特征的的金属有机骨架材料仍是一个具有挑战性的研究课题。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一系列新型的同构的由五种金属氧簇构建的具有三重壁笼子特征的两类锌基金属有机骨架；本发明的第二目的在于提供上述的锌基金属有机骨架的合成方法；本发明的第三目的在于提供上述的锌基金属有机骨架在二氧化碳捕获以及天然气纯化中的应用。

技术方案：本发明的一种锌基金属有机骨架，所述锌基金属有机骨架包括α型和β型两类，以式(I)所示的化合物为配体，配体中的羧酸基团全部参与配位，通过与二价锌离子形成多核锌氧簇，并进一步构建出具有三重壁笼子特征的孔性三维网络结构；

式(I)为：

其中，R表示甲基、甲氧基、氨基、羟基或三氟甲基中的任一种。

进一步的，β型金属有机骨架的化学式为[Zn₁₇(Ln)₈(CH₃COO)(H₂O)_9.25O_0.5]_n，其中，n＝1，2，3，4或5；β型金属有机骨架的晶体属于四方晶系，I4/mmm空间群，晶胞参数分别为：α＝β＝γ＝90°。