[发明专利]一种二维铜配位聚合物及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种二维铜配位聚合物及其制备方法和应用，请求保护一种二维铜配位聚合物，其化学式为[Cu(Hcpota)(4,4'‑bpy)(Hsubgt;2/subgt;O)]subgt;n/subgt;，该化学式中Hcpota指Hcpotasupgt;2‑/supgt;，为邻‑(对‑羧基苯)氧基对苯二甲酸Hsubgt;3/subgt;cpota的去质子化形式，4,4'‑bpy为4,4'‑联吡啶，n表示聚合；该聚合物的结构式如下。该铜配位聚合物不但可以在水中稳定存在还可以作为光催化剂降解水中亚甲基蓝。另外，该铜配位聚合物在水热合成条件下得到，制取工艺简单，产率与纯度高。

技术领域

本发明属于化学领域，涉及配位聚合物，具体涉及一种二维铜配位聚合物，以及该二维铜配位聚合物的制备方法和催化应用。

背景技术

由于工业的持续快速发展，世界范围内的水污染日益严重。最丰富、最常观测到的污染物之一水是染料分子。大多数染料都是有毒的，例如亚甲基蓝在2017年被世界卫生组织癌症研究机构列为3类致癌物，损害人类健康，另外，该染料在水中可消耗大量氧气，导致水体缺氧，影响水生生物和微生物的生长。因此，从环境保护和人体安全方面考虑，需要找到一种有效处理有机染料的方法是非常重要的。目前，废物的处理方法-含水有机染料主要依靠微生物降解法、吸附、光催化和高级氧化法。其中，催化降解是一种处理污水的有效方法。然而，这些方法催化方法有以下缺点：昂贵，应用范围有限等，更多高效经济的水净化催化系统仍然是研究的一个重点方向。最近，金属有机配位聚合物作为高效非均相光催化剂的运用获得了快速发展，因为它们可以提供简单、快速、高选择性和经济高效的光催化方法。但是，在这些配位聚合物催化剂中，有一些材料不能在水溶液中稳定存在，其应用受到很大的限制。因此设计合成在水溶液中对污水中染料具有选择性，高效催化降解功能的配位聚合物是目前急需解决的问题，也是该类研究的一个重点方向。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种二维铜配位聚合物及其制备方法，以及该配位聚合物作为高效非均相光催化剂在水溶液中催化降解亚甲基蓝的应用。

本发明上述目的通过如下技术方案实现：

一种二维铜配位聚合物，其化学式为[Cu(Hcpota)(4,4'-bpy)(H₂O)]_n，该化学式中Hcpota指Hcpota^2-，为邻-(对-羧基苯)氧基对苯二甲酸H₃cpota的去质子化形式，4,4'-bpy为4,4'-联吡啶，n表示聚合；该聚合物的结构式如下：

该铜配位聚合物的晶体属单斜晶系，空间群为晶胞参数为：α＝90°，β＝95.41(3)°，γ＝90°。铜原子是五配位的四方锥型，该原子分别与两个不同羧基的两个O原子，一个配位水以及两个来自4,4'-联吡啶的N原子配位；Cu-O键长的范围为Cu-N键长范围为Hcpota^2–配体两个羧基分别以单链接的模式将两个Cu离子相连，同时，每个铜离子连接两个Hcpota^2–配体和两个4,4'-联吡啶形成长度为的正方形结构，该结构以此为单元不断扩展为二维铜金属有机配位聚合物。X射线粉末衍射证实晶体样品均一稳定。

上述二维铜配位聚合物的制备方法，包括如下步骤：

(1)按摩尔比2:2:1将Cu(NO₃)₂·3H₂O、4,4'-联吡啶和邻-(对-羧基苯)氧基对苯二甲酸加到聚四氟乙烯管中；

(2)向上述聚四氟乙烯管中加适量水，并加入适量N,N-二甲基甲酰胺溶剂，总填充度在47％，体积比为6:1；

(3)用2mol/L的HCl调pH为5；

(4)将聚四氟乙烯管置于不锈钢反应釜中，在393K反应48h，自然冷却至常温，即可析出蓝色块状晶体，收集该晶体，用水洗涤后真空干燥即得。