具有纳米孔道的稀土Pr(Ⅲ)-三酸配合物及应用
【专利说明】具有纳米孔道的稀土 Pr (III)-三酸配合物及应用
[0001] 关于资助研宄或开发的声明：本发明是在天津市应用基础与前沿技术研宄计划 天津市自然科学基金项目（Grant no. 14JCQNJC05900)以及国家自然科学基金项目（Grant No. 21301128)的资助下进行的。
技术领域
[0002] 本发明属于有机合成和金属有机化学技术领域，涉及具有纳米孔道的稀土 Pr (III)-三酸配合物的合成，更具体的说是三联苯-3, 4' '，5-三羧酸的三维Pr (III)纳米 多孔配合物的合成及其在能源气体吸附应用。
【背景技术】
[0003] 作为一种无污染、清洁的可再生能源，氢能源的开发和应用已获得各国的广泛关 注，它包括四个环节：生产、输运、储存、使用。其中，储氢技术是开发应用的关键环节。传统 的储氢方法有两种，一种方法是利用高压钢瓶（氢气瓶）来储存氢气，但钢瓶储存氢气的容 积小，瓶里的氢气即使加压到150个大气压，所装氢气的质量也不到氢气瓶质量的1%，而且 还有爆炸的危险；另一种方法是储存液态氢，将气态氢降温到_253°C变为液体进行储存， 但液体储存箱非常庞大，能耗高，需要极好的绝热装置来隔热，才能防止液态氢不会沸腾汽 化。因此安全而高效的储氢技术即开发新型高效的储氢材料是当务之急。根据美国能源部 的研制目标，实用化的储氢材料其重量储氢密度在2010年要达到6. 0 wt% ;2015年要达到 9.0 wt%。为达到这一目标，多年来许多科研工作者已对氢的储存进行了大量深入和广泛 的研宄和正在努力寻找着一种经济、安全而实用方便的储氢方式。
[0004] 吸附被认为是最有希望的储氢技术，金属-有机框架（Metal-Organic Frameworks,简称MOFs)储氢技术逐渐成为二^^一世纪国际新兴的前沿研宄领域。金属有 机框架的合成与性质研宄是二十世纪九十年代后期发展起来的无机化学和材料化学中重 要的研宄领域之一。由于开放的金属-有机配位聚合物密度小，仅是传统金属氢化物的三 分之一，米用MOFs作为储氢介质可大大降低储氢器的重量。这一特点尤其符合氢燃料电池 汽车的供氢系统要求。此外该类材料还具有比表面积大、孔洞体积大的特点，因此是一种新 型高容量轻质储氢材料，近年来已成为一种新型简便的储氢方法应运而生。从一开始人们 就认识到，不仅MOFs的组成是可调的，而且其孔容的内容物也是可变的。为了证明这些孔 洞的可进入性，人们研宄了离子和溶剂分子的交换。一系列小分子的定量交换研宄鉴别出 了一些具有特殊功能的MOFs (如能容纳特定形状的客体分子的MOFs)。相对于传统的多孔 材料例如沸石，金属-有机配位聚合物（MOFs)具有良好的柔韧性及可控性，尤其是MOFs具 有相对较低的密度（1.00-0. 20 g/cm3)和高比表面积（500-4500 m2/g)，使得它们可以作为 良好的气体吸附载体及气体分离器件（N2，Ar, C02，CHjPH 2)。
[0005] 目前，金属-有机框架储氢研宄工作主要集中在羧酸与过渡金属构筑的配位聚 合物，相对过渡金属配合物而言，稀土金属配位聚合物的合成和储氢以及相关能源材料的 储存研宄滞后很多。由于三价镧系离子具有8到12的高配位数而且变化幅度也很大，使 得它与配体结合后，产物的空间结构很难预测和控制，并且从文献已报道的化合物来看， 它们的空间拓扑结构很少呈现高对称性和很规则的图案。并且不同配位的几何构象之 间的能差很小，因此在立体化学中优先选择的构象并不明显。这些因素使得理想地设计 和合成稀土配位聚合物面临巨大挑战。直到1984年才得到了第一个结构表征的配合物 [Ln 2 (H2O) 2Ni3 (S2C2O2) 6 · XH2O]。后来随着NdFeB永磁材料及YBaCuO超导体的发展，该类配 合物作为制备超导材料的前驱体而受到极大的重视。
[0006] 总体而言，选择合适的多酸配体、调整配体和多种金属离子的比例及反应温度，是 合成新型稀土多孔材料的有效手段。尝试不同的反应条件，通过单晶解析、吸附性质测定， 以期能够筛选出具有吸附性能的稀土多孔材料。因此通过探索孔材料的孔径、比表面积、孔 洞占有率以及吸附性能的内在联系，寻找体系中具有应用价值的稀土多孔材料，不仅有助 于配位化学的发展，对于新型多孔材料在气体吸附、离子交换、催化等领域的研宄也都具有 重要的研宄意义。
【发明内容】
[0007] 本发明的一个目的公开了 [Pr (L) (H2O) (DMF) ] (1)化合物。
[0008] 本发明另一个目的公开了（1)化合物晶体的制备方法，测量数据和数据的研宄。
[0009] 本发明再一个目的公开了具有纳米孔道的稀土 Pr (III)-三酸配合物的制备。
[0010] 本发明再一个目的公开了具有纳米孔道的稀土 Pr (III)-三酸配合物主要应用于 新能源气体吸附应用的吸附方面，特别是用氢气能源气体吸附应用有一个广阔的应用前 景。所述的新能源气体是一种潜在的清洁能源，在未来能源结构中具有重要的战略位置，对 社会经济发展，生态环境改善，能源结构优化和国家安全等方面将产生重大的战略影响，因 此气体水合物的研宄与开发非常必要，也非常紧迫，是一个极具前瞻性和战略性的重大课 题包括，新能源气体包括C0、C0 2、CH4、H2S、H2等气体。
[0011] 为实现上述目的，本发明提供如下的技术方案： 具有纳米孔道的稀土 Pr (III)-三酸配合物，该化合物是新的，通过scifinder查询没 有文献报道该物质；其化学通式如下：
[Pr(L) (H2O) (DMF)] (I) ;L 的结构式为
L 指的是三联苯-3,4''，5_ 三羧酸（Terphenyl-3,4''，5-trica;rboxylic acid)。
[0012] 本发明进一步公开了 [Pr(L) (H2O) (DMF)]单晶，其中的单斜晶系用BRUKER SMART 1000 X-射线单晶衍射仪，采用石墨单色器的MoJa辐射（λ = 0.071 073 nm)作为衍射光 源，在173 (2) K温度下，以P?扫描方式，测定主要晶体学数据如下：
本发明进一步公开了具有纳米孔道的稀土 Pr(III)-三酸配合物单晶的方法，其特征 在于：称取 106. 84 mg(0.03 mmol)Pr (ClO4)2用 5 mL 水溶解，称取配体 L 22.8 mg (0.063 mmol)用5mL水以及5mLDMF溶解，将以上两种溶液混合，然后放到15 mL的水热釜中在 120°C下保持三天，缓慢降温后得到无色透明晶体。
[0013] 本发明更进一步公开了有三维纳米多孔框架结构的稀土 Pr(III)配合物能源气 体吸附应用的吸附方面，特别是用氢气能源气体吸附应用有一个广阔的应用前景。所述的 新能源气体是一种潜在的清洁能源，在未来能源结构中具有重要的战略位置，对社会经济 发展+生态环境改善（能源结构优化和国家安全等方面将产生重大的战略影响，因此气体 水合物的研宄与开发非常必要，也非常紧迫，是一个极具前瞻性和战略性的重大课题包括， 新能源气体包括CO、C0 2、CH4、H2S、H2等气体。
[0014]
【附图说明】： 图1为具有纳米孔道的稀土 Pr(III)-三酸配合物[Pr(L) (H2O) (DMF)]的分子结构图； 图2为具有纳米孔道的稀土 Pr (III)-三酸配合物[Pr(L) (H2O) (DMF)]的三维多孔结 构图； 图3通过晶体数据拟合的粉末衍射图（上）和实验粉末样品的粉末衍射图（下）对比 一致，表明配合物1实验粉末同晶体结构一致。
【具体实施方式】
[0015] 为了简单和清楚的目的，下文恰当的省略了公知技术的描述，以免那些不必要的 细节影响对本技术方案的描述。以下结合较佳实施例，对本发明做进一步的描述，特别加以 说明的是，制备本发明化合物的起始物质Pr (ClO4) 2、二乙基-5-碘间苯二甲酸、4-溴苯基 硼酸、二（氰基苯）二氯化钯、碳酸钾、乙酸乙酯、DMF、硫酸镁可以从市场上买到或容易地 通过已知的方法制得（制备本发明化合物所用到的试剂全部来源于商业购买，级别为分析 纯）。
[0016] 另外需要加以说明的是：所有的实验操作运用Schlenk技术，溶剂经过标准流 程纯化。所有用于合成和分析的试剂都是分析纯，并没有经过进一步的处理。熔点通过 Boetius区截机测定。1H NMR谱通过汞变量Vx300分光光度计记录，测量区间：300 MHz。化 学位移，δ，参考国际标准的TMS测定。
[0017] 实施例1 配体L的合成 在5 mL DMF中加入二乙基-5-碘间苯二甲酸（348 mg，1.0 mmol)，然后持续加入 4_ 溴苯基硼酸（210 mg, 1.05 mmol),二（氰基苯）二氯化钮（20 mg, 0.053 mmol)和 碳酸钾（400 mg，2. 90 mmol)，反应在氮气下进行.在80°C下过夜在在氮气下搅拌，加入水 让反应停止，利用乙酸乙酯来进行萃取，利用硫酸镁干燥，利用快速柱色谱的方法分理出配 体L(302 mg, 0.80 mmolhlH NMR (300 MHz, CDC13): δ = 8.66 (t，J = 1.5 Hz, 1H)， 8.40 (d, J = 1.5 Hz, 2H),