一种铜基金属框架及其制备方法

本发明涉及新材料，尤其是涉及一种铜基金属有机框架及其制备方法。

背景技术：

1、金属有机框架(mof)是由金属离子或簇与有机配体通过配位键形成的具有孔洞结构的新一代晶态多孔材料，是近20年来配位化学领域的研究热点。作为新型多功能材料，mofs具有高孔隙率、低密度、大比表面积、孔径可调、拓扑结构多样和可裁剪等优点，广泛应用于各种领域，比如电池、超级电容器、电催化、光催化、传感器、药物输送、气体分离、吸附和存储等方向中。

2、目前，mofs材料的合成方式主要有水热，溶剂热等方式。溶剂热法合成是指在密闭体系内，通过液态有机物作为溶剂，在一定温度下，将原始的原料放入溶剂中，进而得到想要的单晶产物。通过热反应，可以促进反应物在反应溶剂中的溶解，进而有利于反应的发生和结晶过程的进行。常见的铜基mofs有hkust-1、mof-74，他们所用的金属盐和配体分别为硝酸铜和均苯三甲酸、2,5-二羟基对苯二甲酸等。铜基mofs已经广泛应用于医学、催化等领域。

3、金属有机框架，是由无机金属中心与有机配体通过自组装连接，形成一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料，mofs材料本身存在合成难度大、成本高等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种全新结构的铜基金属有机框架及其制备方法，以解决现有技术中存在的mofs材料本身存在合成难度大、成本高的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供的一种铜基金属有机框架，所述金属有机框架为四配位结构；

3、所述四配位结构包括两个不同配体上的吡啶氮原子、两个不同配体上羧酸氧原子。

4、所述铜基金属有机框架-cu(i n)-2的四配位结构如图1所示。

5、进一步地，如图2所示，所述金属有机框架形状为棒状结构；

6、所述棒状结构长度为50-200μm，直径为5-20μm。

7、本发明还提供一种上述铜基金属有机框架的制备方法，步骤如下：

8、步骤一，将3-氨基异烟酸晶体与硝酸铜及其水合物按一定摩尔质量比混合得到反应混合物；

9、步骤二，取步骤一所述反应混合物，加入到反应溶解液中，搅拌至完全溶解即可，得到第一混合溶液；

10、步骤三，将所述第一混合溶液密封处理，在高温下反应1-4天，得到第二混合溶液；

11、步骤四，冷却至室温，采用n,n-二甲基甲酰胺对所述第二混合溶液进行离心洗涤，得到铜基金属有机框架样品；

12、步骤五，在60-80℃下，对所述铜基金属有机框架样品进行干燥，并保存在干燥环境中备用。

13、进一步地，步骤一中所述硝酸铜及其水合物选自硝酸铜、三水硝酸铜、六水硝酸铜中的一种或多种混合物。

14、进一步地，步骤一中所述3-氨基异烟酸晶体与硝酸铜及其水合物的混合质量比为(1-4)：1。

15、进一步地，步骤二中所述反应溶解液为n,n-二甲基甲酰和/或有机醇溶液。

16、优选地，所述有机醇溶液包括甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇，异丁醇中的一种或多种混合物。

17、进一步地，步骤二中所述反应混合物的投入量应按照每5m l反应溶解液中投入400-500mg反应混合物的比例添加。

18、优选地，步骤三中所述反应温度为100-150℃。

19、优选地，步骤三中在高温下所述反应时间为36-48h。

20、采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

21、本发明提供的一种铜基金属框架及其制备方法，创造性地将3-氨基异烟酸晶体与硝酸铜及其水合物通过溶剂热法合成了全新结构的铜基金属有机框架-cu(i n)-2，不仅拓展了铜基mofs的种类，还优化了合成工艺，在不需要高温高压，微波及电化学等辅助方式的条件下成功合成了铜基mofs，有望应用于电池、电催化、光催化、气体分离、吸附和储存等方向。

技术特征：

1.一种铜基金属有机框架，其特征在于，所述金属有机框架为四配位结构；

2.根据权利要求1所述的金属有机框架，其特征在于，所述金属有机框架形状为棒状结构；

3.一种根据权利要求1所述的铜基金属有机框架的制备方法，其特征在于，步骤如下：

4.根据权利要求3所述的铜基金属有机框架的制备方法，其特征在于，步骤一中所述硝酸铜及其水合物选自硝酸铜、三水硝酸铜、六水硝酸铜中的一种或多种混合物。

5.根据权利要求3所述的铜基金属有机框架的制备方法，其特征在于，步骤一中所述3-氨基异烟酸晶体与硝酸铜及其水合物的混合质量比为(1-4)：1。

6.根据权利要求3所述的铜基金属有机框架的制备方法，其特征在于，步骤二中所述反应溶解液为n,n-二甲基甲酰和/或有机醇溶液。

7.根据权利要求6所述的铜基金属有机框架的制备方法，其特征在于，有机醇溶液包括甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇，异丁醇中的一种或多种混合物。

8.根据权利要求3所述的铜基金属有机框架的制备方法，其特征在于，步骤二中所述反应混合物的投入量应按照每5ml反应溶解液中投入400-500mg反应混合物的比例添加。

9.根据权利要求3所述的铜基金属有机框架的制备方法，其特征在于，步骤三中所述反应温度为100-150℃。

10.根据权利要求3所述的铜基金属有机框架的制备方法，其特征在于，步骤三中在高温下所述反应时间为36-48h。

技术总结
本发明提供了一种铜基金属有机框架及其制备方法，涉及新材料技术领域，所述铜基金属有机框架‑Cu(IN)<subgt;‑2</subgt;的四配位结构包括两个不同配体上的吡啶氮原子、两个不同配体上羧酸氧原子；金属有机框架长度为50‑200μm，直径为5‑20μm的棒状结构。所述制备方法，将3‑氨基异烟酸晶体与硝酸铜及其水合物通过溶剂热法合成，不仅拓展了铜基MOFs的种类，还优化了合成工艺，在不需要高温高压，微波及电化学等辅助方式的条件下成功合成了铜基MOFs，有望应用于电池、电催化、光催化、气体分离、吸附和储存等方向。

技术研发人员：朱江涛,罗俊,韩丽丽
受保护的技术使用者：天津理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10