一种金属有机框架材料及其配体和应用制造技术

本发明专利技术公开了一种金属有机框架材料及其配体和应用，属于功能材料制备技术领域。本发明专利技术解决了现有摩擦纳米发电机受电极材料的限制导致的输出功率较低的问题。本发明专利技术制备了一种配体结构，并将其应用于新型金属有机框架材料的合成，该MOF材料可作为制备摩擦电极材料的原料使用，经测试使用该摩擦电极材料构筑的垂直分离结构的TENG的输出性能好，功率密度高，具有优异的摩擦发电性能和良好的应用前景。景。景。

【技术实现步骤摘要】
一种金属有机框架材料及其配体和应用


[0001]本专利技术涉及一种金属有机框架材料及其配体和应用，属于功能材料制备


技术介绍

[0002]随着互联网的发展，电子智能设备正广泛地应用在各个领域中，例如医学治疗、环境监测、电子通信等领域。但是目前大多数的电子设备仍面临着严重的能源供给问题，所以人们从太阳能、风能、潮汐能、机械能、水能等绿色可再生能源中来收集人类亟需的能源。而作为新一代的能源器件，摩擦纳米发电机可以有效地将机械能转换成电能，为电子智能设备持续地提供电能，近年来受到了科研界及产业界的广泛关注，具有良好的应用前景。
[0003]摩擦纳米发电机(TriboelectricNanogenerators，TENG)是以摩擦为能量来源，通过摩擦起电和静电效应，有效地把相互摩擦时的机械能转换为电能，其具有高输出功率、质量轻、结构简单、材料适应性好和环保性好的优点，可以有效地驱动电子器件，在电子设备、环境监测以及医疗设备等领域具有巨大的发展潜力。然而由于受电极材料的影响，目前摩擦纳米发电机输出功率较低，因此提高输出功率是该研究领域亟需解决的问题。
[0004]金属有机框架材料(Metal
‑
Organic Frameworks，MOFs)是一类由金属离子或金属团簇与有机配体，通过配位键自组装而成的多孔晶体材料，目前已经在气体吸附与分离、质子传导、燃料电池、传感器、药物缓存与释放等领域得到了广泛应用。由于MOF是由金属或者金属簇与有机桥连配体形成，具有独特的框架结构，利于电子间的有效传输，这为MOF材料作为摩擦电极材料调控摩擦纳米发电机的输出性能提供了新的理论基础和应用价值。本专利技术是通过制备一种配体，将其应用于摩擦纳米发电机的正极，并且展示了优异的输出性能，在摩擦纳米发电机领域具有突出的市场潜力。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决现有摩擦纳米发电机受电极材料的限制导致的输出功率较低的问题，提供一种金属有机框架材料及其配体和在摩擦纳米发电机中的应用。
[0006]本专利技术的目的之一是提供一种金属有机框架材料，该材料简称为MOF
‑
ET10，化学式为[Zn2CoL]，式中L为C
60
H
37
NO
12
。
[0007]本专利技术的目的之二是提供一种上述金属有机框架材料的制备方法，该方法为：将Zn(NO3)2·
6H2O、配体、N,N
‑
二甲基甲酰胺硝酸的混合溶液置于反应釜中，将混合物密封，在120℃的条件下加热72h，得到无色晶体，然后将无色晶体加入含有Co(NO3)2的N,N
‑
二甲基甲酰胺溶液中，随后，放置在50℃的真空鼓风干燥箱中36h，得到粉红色晶体，即为MOF
‑
ET10。
[0008]本专利技术的目的之三是提供一种制备上述金属有机框架材料的配体，该配体的结构为：
。
[0009]本专利技术的目的之四是提供一种上述金属有机框架材料的配体的制备方法，该方法包括以下步骤：S1，向三口瓶中加入3,6
‑
二溴咔唑、对溴氟苯、碳酸铯和N,N
‑
二甲基甲酰胺，将混合物在150℃条件下搅拌24h，反应结束后，将混合物缓慢冷却至25℃，向其中加入二氯甲烷和水，分离出有机相，再用二氯甲烷萃取水相三次，然后将所得到的有机相用饱和食盐水洗涤，无水硫酸镁干燥，旋转蒸发去除有机溶剂后，以石油醚为洗脱剂进行硅胶柱层析，得到浅黄色固体，即为中间体1；S2，将2
‑
(4
‑
溴苯基)
‑
2,3
‑
二氢
‑
1H
‑
萘并[1,8
‑
DE][1,3,2]二氮杂硼烷、3,5
‑
二甲氧羧基苯硼酸、碳酸钾、四丁基溴化铵和四(三苯基膦)钯溶解在含有甲苯、乙醇和去离子水的混合溶液中，在氮气保护下回流5h，过滤得到滤液残渣，用二氯甲烷萃取滤液3次，旋转蒸发去除溶剂，得到黄绿色粗固体，用二氯甲烷/乙酸乙酯作为洗脱剂进行柱层析纯化，得到黄色固体，即为中间体2；S3，将中间体2和硫酸水溶液，溶解在四氢呋喃溶剂中，回流反应16h，反应结束后过滤，再将滤液在真空中浓缩，然后用去离子水洗涤，得到白色固体，即为中间体3；S4，向三口瓶中加入中间体1、中间体3、四(三苯基膦)钯和碳酸钾，在氮气保护的条件下，依次加入甲苯、甲醇和水，将混合物在80℃条件下搅拌24h，然后缓慢冷却至25℃，再加入二氯甲烷和水，分离有机相，然后用二氯甲烷萃取水相3次，再将有机相用饱和盐水洗涤，无水硫酸镁干燥，通过旋转蒸发去除有机溶剂后，用二氯甲烷/乙酸乙酯作为洗脱剂进行柱层析纯化，得到白色固体，即为中间体4；S5，将中间体4溶解在四氢呋喃中，加入氢氧化钠溶液，在65℃的条件下加热搅拌12h，反应结束后抽真空除去四氢呋喃，然后向剩余的水溶液中加入浓盐酸，调节溶液pH值为2~3，过滤收集固体，用蒸馏水洗涤几次，干燥，得到浅黄色固体产物，即为配体。
[0010]本专利技术的目的之五是提供一种上述金属有机框架材料的应用，具体的该金属有机框架材料用于摩擦电极材料的制备。
[0011]本专利技术的目的之六是提供一种上述金属有机框架材料制备摩擦电极材料的方法，具体的该方法为：将MOF
‑
ET10和N,N
‑
二甲基甲酰胺混合，超声处理30min，得到悬浮液，然后将聚偏氟乙烯（PVDF）加入该悬浮液中，在75℃条件下加热1小时，然后将悬浮液在25℃条件下搅拌反应4h，最后将均匀悬浮液倒入玻璃培养皿中，在100℃下加热，制备得到MOF
‑
ET10@PVDF复合膜，即为摩擦电极材料。
[0012]本专利技术的目的之七是提供一种以上述MOF
‑
ET10@PVDF复合膜为摩擦电极材料的摩擦纳米发电机的组装方法，具体的该方法为：将MOF
‑
ET10@PVDF复合膜切成2.5
×
2.5cm2的小尺寸薄膜，将相同大小的铝箔粘在小尺寸薄膜上，然后用铜导电胶引出电流，作为摩擦纳米发电机的负极，再取另一片尺寸相同的铝箔，将其作为摩擦纳米发电机的正极，得到基于MOF
‑
ET10@PVDF垂直分离结构的摩擦纳米发电机（TENG），其有效接触面积为5
×
5cm2。
[0013]进一步限定，上述基于MOF
‑
ET10@PVDF垂直分离结构的摩擦纳米发电机（TENG）的Isc和σ的对应数值分别为121μA和148μC/m2；功率密度可以达到9987mW/m2。
[0014]本专利技术具有以下有益效果：本专利技术制备了一种配体结构，并将其应用于新型金属有机框架材料的合成，该MOF材料可作为制备摩擦电极材料的原料使用，经测试使用该摩擦电极材料构筑的垂直分离结构的TENG的输出性能好，功率密度高，具有优异的摩擦发电性能和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属有机框架材料，其特征在于，该材料简称为MOF
‑
ET10，化学式为[Zn2CoL]，式中L为C
60
H
37
NO
12
。2.一种制备权利要求1所述的金属有机框架材料的配体，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵礼义，李衍初，曹宇，
申请(专利权)人：吉林省卓材新研科技有限公司，
类型：发明
国别省市：