[发明专利]一种镉配位聚合物及其复合膜材料、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种镉配位聚合物Cd‑CP及其复合膜材料、制备方法及应用，所述的镉配位聚合物单元结构式如下：；将镉配位聚合物Cd‑CP及其复合膜材料作为摩擦材料组装摩擦纳米发电（TENG），构筑了具有优异循环稳定性的TENG器件，并将其应用于2+2光化环加成反应。本发明的镉配位聚合物（Cd‑CP）制备方法简单易行，同时拓宽了摩擦层电极材料种类选择的范围，也拓宽了配位聚合物材料的应用领域，并有望实现从分子层次调控TENG的电输出性能，实验结果表现出优异的稳定性能，实现了自供电驱动紫外灯板用于2+2光环加成反应。因此，Cd‑CP材料可以成为一种有潜力的高输出的摩擦电极材料。

技术领域

本发明属于有机-无机杂化材料领域，具体涉及镉配位聚合物（Cd-CP）的合成及其复合膜材料的制备方法和构筑摩擦纳米发电机（TENG）实现2+2光化环加成反应的应用。

技术背景

伴随着经济的快速发展和能源需求量的持续增长，不合理的能源结构引发严重的环境危机，调整能源结构已迫在眉睫。为缓解或解决全球能源危机，能源采集和可再生可持续能源转化为电能受到了广泛关注。从太阳能、风能、水热、机械和潮汐能等可持续能源中获取能源一直是一个热门话题，也被认为是克服全球能源危机的一个有前途的解决方案。最近，摩擦电纳米发电机(TENG)被证明是一种将机械能转化为电能的有效方法，TENG几乎可以轻易地收获所有类型的机械能，包括人类活动、车轮运动。与传统电源相比，TENG具有简单的能量转换能力、高效的设计、高输出功率、可靠的耐用性和生态友好性的优点。作为一种自给自足的电源，TENG可以与电化学过程结合使用，作为自供电的电化学过程，而不需要使用外部电源。将各种各样的机械能收集起来并转换为电能，将对世界能源可持续发展具有重要的意义。

晶态配位聚合物（CPs）材料作为一类新兴的无机-有机杂化材料， CPs具有丰富且可调节的结构和功能，因此其在气体吸附分离、催化、传感等诸多领域展现出巨大的应用潜力，是多学科交叉的研究热点。TENG作为一种新型的将各种机械能转化为电能的储能输出装置，其输出性能很大程度上取决于摩擦材料。将多孔配位聚合物用作TENG材料，这不仅有利于扩展TENG材料的发展，提高摩擦纳米发电机的电输出性能，也有利于扩展CPs的应用范围。由于多孔配位聚合物以及难成膜的特点，我们首先使用了多孔配位聚合物晶体粉末涂敷的方法制备了摩擦纳米发电机的正极器件。虽然可以将其应用在摩擦纳米发电机中，但是该摩擦纳米发电机的给电子层整体上缺乏实际应用的相容性，并且输出电流和电压仍有很大的提升空间。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明公开了一种镉配位聚合物及其复合膜材料、制备方法及应用，本发明制得的层状结构Cd-CP及其Cd-CP@PVDF复合膜材料作为摩擦电极材料构筑TENG器件，具有良好输出性能及优异的循环稳定性，并应用于自驱动点亮紫外灯板，实现2+2光化环加成反应。通过使用PVDF和多孔配位聚合物混合制备复合薄膜作为摩擦供电子层，并将其应用到摩擦纳米发电机中，用于微小型设备的自供电，并将其应用在大环化合物的光化学反应。因此，这种材料可以成为一种有潜力的高输出的摩擦电极材料。

本发明利用4'-benzoyl-[1，1'-biphenyl]-3，5-dicarboxylic acid（H₂BBPD）作为多功能的有机配体，通过与镉离子和桥连配体1,2-Di(4-pyridyl)ethylene（4,4ʹ-bpe）的自组装，构筑了层状结构的Cd-CP材料，随后与PVDF作用，制备Cd-CP@PVDF复合膜材料，并把它们作为摩擦电极材料组成TENG 器件，实现自驱动点亮紫外灯板，执行2+2光化环加成反应。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种镉配位聚合物，所述镉配位聚合物为Cd-CP，分子结构为[Cd(BBPD)(4,4ʹ-bpe)H₂O]_n ，Cd-CP单元结构式如下：

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上述镉配位聚合物的制备方法包括以下步骤：