[发明专利]一种新型金属有机骨架化合物及其制备方法和应用

说明书

本发明属于含能材料技术领域，具体涉及一种新型金属有机骨架化合物及其制备方法和应用，化合物化学式为[Cd(NBNB)(DMF)]_n，属于单斜晶系，空间群为C2/c，晶胞参数为α＝90°，β＝120.2930(10)，γ＝90°，晶胞体积为Z＝8，D_c＝1.914g/cm³。本发明通过溶剂热法利用含有硝基、羧基和羟基的半刚性配体4‑((5‑羟基‑2,4‑二硝基‑苯氧基)亚甲基)‑3‑硝基苯甲酸与镉离子首次合成了一种具有新型结构的有机骨架含能材料[Cd(NBNB)(DMF)]_n，同步热分析测试表明该配合物在290℃左右时发生急剧的爆炸，放出大量的热能，该化合物是一种理想的新型含能材料。

技术领域

本发明属于含能材料技术领域，具体涉及一种新型金属有机骨架化合物及其制备方法和应用，更具体的是涉及一种新型镉配合物[Cd(NBNB)(DMF)]_n及其制备方法和应用。

背景技术

高氮含能化合物是近年来发展起来的新型含能材料，它比传统含能材料安全且能量高，分子中高的含氮量能增大密度使燃料燃烧产生大量的气体，这也是热重中发生燃爆的原因。其是高性能高密度绿色含能材料之一，具有良好应用前景。含能有机羧酸带有硝基等含能基团，其羧酸失去质子形成羧酸根离子后易于金属离子通过羧基配位方式形成结构不同的配合物，因而成为含能材料的热点，但以羧酸根形成的配合物含能材料的晶体结构报道较少。

近几十年来，金属有机骨架化合物因其多样化的结构及在光学、磁学、手性拆分、催化、小分子识别及传感等方面显示出重要的应用而备受研究者青睐。其中金属有机骨架含能材料的制备及其优良的性质使其表现出了很大的潜在应用价值。与传统的含能材料相比，金属有机骨架含能材料由含能配体及特定的金属离子以配位键连接而有可能具有较高的稳定性，高能量，低敏感性，环境友好等特性。然而，金属有机骨架含能材料的系统开发还深入研究。

在已经合成出来的金属有机骨架含能材料中，其配体大多数是含氮量很高的有机配体，如三氮唑和四氮唑等。金属有机骨架含能材料的性能通常和其网络结构、稳定性密切相关。具有三维网络结构的金属有机骨架含能材料通常具有结构多样性及更好的稳定性而表现出更好的能量存储。选择具有特定结构的含氮配体及特定的金属离子将会在很大程度上影响金属有机骨架的结构进而影响含能材料的性质。因此，如果能够设计并合成出具有良好热稳定性的有机骨架材料，将会有很大的实际应用价值。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明合成出一种半刚性的含有硝基、羧基和羟基的有机配体，设计并合成了一种新型有机骨架化合物[Cd(NBNB)(DMF)]n，获得了晶体，并由X-射线单晶衍射仪测量出晶体结构，此外，本发明还对上述化合物进行了热分解过程的非等温动力学分析，该化合物是一种理想的新型含能材料。

本发明提供的新型有机骨架化合物，其化学式为[Cd(NBNB)(DMF)]_n，属于单斜晶系，空间群为C2/c，晶胞参数为α＝90°，β＝120.2930(10)，γ＝90°，晶胞体积为Z＝8，D_c＝1.914g/cm³；

式中：n为1到正无穷的自然数，NBNB为4-((5-羟基-2,4-二硝基-苯氧基)亚甲基)-3-硝基苯甲酸，DMF为N,N-二甲基甲酰胺，Cd来源于镉盐中的镉元素。

优选的，所述镉盐为硝酸镉、溴化镉或者氯化镉。

本发明还提供一种上述新型金属有机骨架含能材料的制备方法，包括以下步骤：

将二(3,5-二羧基苯基)对苯二酰胺与镝盐按照摩尔比1：(0.5-2)溶解在N,N’-二甲基甲酰胺溶液(DMF)中，于70-100℃反应1～5天，冷却至室温，得到无色块状晶体，抽滤，干燥即得。

优选的，所述N,N’-二甲基甲酰胺溶液中N,N’-二甲基甲酰胺与水的体积比例为(2:1)～(1:2)。