一种基于酰胺化合物的氢键有机框架纳米片的制备方法及其应用

本发明涉及一种基于酰胺化合物的氢键有机框架纳米片的制备方法及其应用，所制备的纳米片具有优良的质子电导率，属于功能纳米材料制备。

背景技术：

0、技术背景

1、质子电导材料是一类以质子为载流子的离子导体。目前，质子电导材料已经被广泛应用于质子交换膜燃料电池、传感、仿生器件等领域。常见的质子电导材料主要为有机聚合物(如：全氟磺酸)。然而，该类质子导体的制备工艺复杂，成本较高且工作温度窄。近年来，多孔晶体材料(如：金属有机框架及共价有机框架)作为新型质子电导材料受到了人们的广泛关注。目前该类材料的质子电导率已经达到甚至超过10-2s·cm-1。然而上述的多孔晶体材料的制备条件相对苛刻。因此人们致力于开发具有高性能的新型质子电导多孔晶体材料。

2、氢键有机框架是一类依靠分子间氢键相互作用形成的多孔晶体材料。氢键有机框架与金属有机框架及共价有机框架类似，具有高比表面积、可调节的孔道结构等优点。此外，相较于共价键和配位键，氢键具有较弱的方向性、较低的键能以及可逆性。因此，氢键有机框架表现出一些独特的性质，如：温和的合成条件以及易再生等。目前，氢键有机框架已经被广泛应用于气体分离与储存、传感等领域。同时，氢键有机框架内部丰富的氢键作用，将有利于质子传输路径的构建，因此，氢键有机框架在质子电导方面具有一定的潜力。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种基于酰胺化合物的氢键有机框架纳米片的制备方法，通过简单的溶剂相转移法结合超声剥离法，制备了内部具有丰富氢键的氢键有机框架纳米片，结合有利于水分子的吸附的孔道结构，促进了材料内质子传输路径的构建，得到了具有优良性能的质子电导氢键有机框架纳米片。

2、为了解决上述技术问题提出的技术方案是：一种基于酰胺化合物的氢键有机框架纳米片的制备方法，包括如下步骤：

3、(1)将酰胺化合物c27h21n3o3溶于二甲基亚砜中；

4、(2)采用溶剂相转移法，将不良溶剂缓慢扩散到步骤(1)所得溶液中，析出目标氢键有机框架晶体；

5、(3)将步骤(2)得到的晶体进行超声剥离，超声溶剂为水，得到氢键有机框架纳米片。

6、优选的，所述步骤(1)中酰胺化合物c27h21n3o3的制备方法是以1,3,5-三(4-甲基苯基)苯、氯化亚砜、氨水为原料合成的。

7、优选的，所述步骤(1)中酰胺化合物c27h21n3o3的制备方法为：将1,3,5-三(4-甲基苯基)苯2.0g，水6ml以及浓硝酸3ml混合于聚四氟乙烯反应釜中，170℃下反应24h后，将产物水洗，甲醇重结晶得到1,3,5-三(4-羧基苯基)苯；随后将1,3,5-三(4-羧基苯基)苯1.0g溶于氯化亚砜中30ml，同时滴加几滴n,n-二甲基甲酰胺作为催化剂，95℃下反应12h后，除去多余氯化亚砜，随后加入氨水150ml,室温反应24h后，将产物滤出，甲醇重结晶得到酰胺化合物c27h21n3o3。

8、优选的，所述步骤(1)中酰胺化合物的二甲基亚砜溶液的浓度为20-60mmol/l。

9、优选的，所述步骤(2)中的不良溶剂为四氢呋喃，扩散时间为3-5天，不良溶剂与二甲基亚砜的体积比为5:1-2:1。

10、优选的，所述步骤(3)中超声时间为6-18h。

11、为了解决上述技术问题，提出的另一技术方案是：任一方法制备的基于酰胺化合物的氢键有机框架纳米片。

12、为了解决上述技术问题，提出的另一技术方案是：所述的基于酰胺化合物的氢键有机框架纳米片的应用，该材料具有优良的质子电导性能。

13、优选的，将对氢键有机框架纳米片的分散液滴涂在叉指电极表面，自然干燥，用于测试其质子电导性能。

14、优选的，应用于燃料电池、传感及催化。

15、本发明的有益效果是：

16、1、本发明中通过溶剂相转移法结合超声剥离法制备了氢键有机框架纳米片，操作简单，易于量产。

17、2、本发明通过利用分子间氢键相互作用，形成了氢键有机框架，具有孔道结构，有利于水分子的吸附。

18、3、本发明通过利用氢键有机框架纳米片内部丰富的氢键作用以及吸附的水分子，促进了质子传输通道的构建。

19、4、本发明的氢键有机框架纳米片具有优良的质子电导率，296k 98％相对湿度条件下，质子电导率可达，1.34×10-2s·cm-1，与商用质子导体nafion处于同一水平。

技术特征：

1.一种基于酰胺化合物的氢键有机框架纳米片的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于酰胺化合物的氢键有机框架纳米片的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中酰胺化合物c27h21n3o3的制备方法是以1,3,5-三(4-甲基苯基)苯、氯化亚砜、氨水为原料合成的。

3.根据权利要求1所述的基于酰胺化合物的氢键有机框架纳米片的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中酰胺化合物c27h21n3o3的制备方法为：将1,3,5-三(4-甲基苯基)苯2.0g，水6ml以及浓硝酸3ml混合于聚四氟乙烯反应釜中，170℃下反应24h后，将产物水洗，甲醇重结晶得到1,3,5-三(4-羧基苯基)苯；随后将1,3,5-三(4-羧基苯基)苯1.0g溶于氯化亚砜中30ml，同时滴加几滴n,n-二甲基甲酰胺作为催化剂，95℃下反应12h后，除去多余氯化亚砜，随后加入氨水150ml,室温反应24h后，将产物滤出，甲醇重结晶得到酰胺化合物c27h21n3o3。

4.根据权利要求1所述的基于酰胺化合物的氢键有机框架纳米片的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中酰胺化合物的二甲基亚砜溶液的浓度为20-60mmol/l。

5.根据权利要求1所述的基于酰胺化合物的氢键有机框架纳米片的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的不良溶剂为四氢呋喃，扩散时间为3-5天，所述步骤(2)中的不良溶剂与二甲基亚砜的体积比为5:1-2:1。

6.根据权利要求1所述的基于酰胺化合物的氢键有机框架纳米片的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中超声时间为6-18h。

7.根据权利要求1-6任一方法制备的基于酰胺化合物的氢键有机框架纳米片。

8.根据权利要求7所述的基于酰胺化合物的氢键有机框架纳米片的应用，其特征在于：该材料具有优良的质子电导性能。

9.根据权利要求7所述的基于酰胺化合物的氢键有机框架纳米片的应用，其特征在于：将对氢键有机框架纳米片的分散液滴涂在叉指电极表面，自然干燥，用于测试其质子电导性能。

10.根据权利要求7所述的基于酰胺化合物的氢键有机框架纳米片的应用，其特征在于：应用于燃料电池、传感及催化。

技术总结
本发明公开了一种基于酰胺化合物的氢键有机框架纳米片的制备方法及其应用，属于功能材料制备技术领域。以1,3,5‑三(4‑甲基苯基)苯、氯化亚砜、氨水为原料，制备了构建氢键有机框架的酰胺化合物C<subgt;27</subgt;H<subgt;21</subgt;N<subgt;3</subgt;O<subgt;3</subgt;；以二甲基亚砜为良溶剂，四氢呋喃为不良溶剂，采用溶剂相转移法，得到目标氢键有机框架晶体；随后通过超声剥离制备氢键有机框架纳米片，并探究了其于质子电导性能。

技术研发人员：王志伟,陈前,黄晓
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15