【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及多孔有机框架材料，尤其涉及一种离子型卤基二维氢键有机框架材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、水是生命的重要源泉，然而，全球许多地区都面临着严重的缺水问题。从空气中收集水，或称大气集水(awh)，为应对这一危机提供了一种简单而节能的策略。在此背景下，许多多孔结晶固体材料，包括沸石、mof、cof和有机盐等，均被发展并应用于水的捕获和释放。其中，mof是一种多孔网络状晶体材料，通常由金属离子与有机配体配位而成；cof是由不同有机结构单元之间通过共价键连接而形成的类似分子材料；两种材料都具有二维(2d)或三维(3d)拓扑结构所形成的永久多孔通道。
2、目前，一些mof和cof由于稳定的多孔结构，表现出较高的水吸附容量和循环稳定性。然而，mof和cof具有一个共同的缺点，它们的合成通常非常耗时，而且需要在高沸点有机溶剂中进行苛刻的热处理。此外，多孔材料用于大气集水时需要具有较高的吸水量和较小的脱附活化能，即较低的水释放温度(ton)，使其能够容纳足够多的水分子，并且封闭在中等尺寸纳米通道中的水分子若能表现出一定程度的水流动性，有利于低温水脱附。目前，可以通过在多孔材料中添加外部吸湿盐(如licl或cacl2)来增强吸水性，这是因为水分子与离子之间存在强烈的相互作用。然而，这些材料可能存在盐渗漏和高的ton值的问题。
3、氢键有机框架材料(hof)是一类新兴的多孔晶体材料，是由功能分子构件之间通过氢键相互作用组装形成的有机框架材料。由于氢键的动态性质，hof具有高刺激响应性和自愈性，使其在各种生物
技术实现思路
1、鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种离子型卤基二维氢键有机框架材料及其制备方法与应用，用以解决现有用于水蒸气捕获的有机框架材料制备条件苛刻、制备过程耗时、脱水温度高、吸水容量低、循环稳定性差等问题中的至少一种。
2、一方面，本专利技术的实施例提供了一种离子型卤基二维氢键有机框架材料，其由三(4-(吡啶鎓-4-基)芳基)胺阳离子和卤素阴离子组成，卤素阴离子为三(4-(吡啶-4-基)芳基)胺阳离子的连接节点。
3、进一步地，卤素阴离子作为连接节点，与相邻的三个三(4-(吡啶-4-基)芳基)胺阳离子通过氢键连续，形成具有二维拓扑结构的离子型卤基二维氢键有机框架材料；相邻三个三(4-(吡啶-4-基)芳基)胺阳离子通过卤素阴离子连接形成一维六方孔道，孔道的内壁有自限域卤素阴离子。
4、进一步地，离子型卤基二维氢键有机框架材料的结构式为：
5、或者
6、
7、其中，n表示双键的数量，n≥0；x﹣表示卤素阴离子。
8、进一步地，卤素阴离子为氯离子或者溴离子。
9、进一步地，离子型卤基二维氢键有机框架材料采用以下制备方法得到：将三(4-(吡啶-4-基)芳基)胺和氢卤酸水溶液混合于溶剂中，并加热搅拌使其完全溶解，得到混合溶液；
10、将混合溶液冷却结晶，得到晶体；
11、分离晶体与溶液，得到离子型卤基二维氢键有机框架材料。
12、另一方面，本专利技术的实施例提供了一种离子型卤基二维氢键有机框架材料的制备方法，其包括：
13、将三(4-(吡啶-4-基)芳基)胺和氢卤酸水溶液混合于溶剂中，并加热搅拌使其完全溶解，得到混合溶液；
14、将混合溶液冷却结晶，得到晶体；
15、分离晶体与溶液，得到离子型卤基二维氢键有机框架材料。
16、进一步地，三(4-(吡啶-4-基)芳基)胺和氢卤酸的摩尔比为1:3～1:3000。
17、进一步地，加热溶解时的加热温度为60～100℃，加热时间为0.5～1h。
18、进一步地，将混合溶液冷却结晶时，冷却结晶速率为5～50℃/h。
19、进一步地，溶剂为甲醇、乙醇、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃、1,4-二氧六环、水中的一种。
20、进一步地，制备得到的离子型卤基二维氢键有机框架材料由三(4-(吡啶鎓-4-基)芳基)胺阳离子和卤素阴离子组成，卤素阴离子为三(4-(吡啶-4-基)芳基)胺阳离子的连接节点；
21、优选地，所述离子型卤基二维氢键有机框架材料具有一维六方孔道，所述孔道的内壁具有自限域卤素阴离子，其结构式为：
22、或者
23、
24、又一方面，本专利技术的实施例还提供了一种离子型卤基二维氢键有机框架材料的应用，将上述实施例中的制备方法制备得到的离子型卤基二维氢键有机框架材料用于气体吸附或分离。
25、进一步地，对离子型卤基二维氢键有机框架材料进行真空加热活化，使用活化后的离子型卤基二维氢键有机框架材料进行水蒸气吸附。
26、进一步地，真空加热活化的加热温度为60～150℃，活化时间为12～72h。
27、本专利技术的离子型卤基二维氢键有机框架材料及其制备方法与应用至少可实现如下有益效果之一：
28、1、本专利技术使用卤素阴离子作为连接节点连接三(4-(吡啶-4-基)芳基)胺阳离子，构筑多孔二维氢键有机框架材料，结构新颖。
29、2、本专利技术的二维氢键有机框架材料具有规整的一维六方通道，孔道较大且稳定，通道中有残余的自限域阴离子，使其能够与水分子产生强的相互作用，具有较高的水稳定性和较强的亲水性，进而使其具有较高的水吸附容量；同时，本专利技术通过引入尺寸较大的三吡啶基三苯胺阳离子，扩大了材料的孔道，使其具有更高的水吸附容量和更低的水脱附温度，有利于有效的吸附和脱附水蒸气。
30、3、本专利技术的制备方法使用卤素阴离子作为连接节点构筑多孔二维氢键有机框架材料的策略克服了传统多孔材料冗长复杂的制备过程和结构的不可预见性，与传统的多孔框架材料相比，制备方法简单高效、成本低廉、绿色环保、普适性强，且可在保证高纯度和高产率的情况下实现公斤级离子型卤基二维氢键有机框架材料单晶的制备。
31、4、本专利技术的离子型卤基二维氢键有机框架材料作为水蒸气吸附材料，具有高的吸附容量、极低的脱水温度和良好的循环稳定性，可应用于大气集水器件等。
32、5、本专利技术的离子型卤基二维氢键有机框架材料作为水捕获剂具有较好的水吸附/脱附性能，其最大吸附容量为0.87g/g，多次水吸附/脱附循环后吸附量没有明显改变，具有较好的循环稳定性。
33、本专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
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1.一种离子型卤基二维氢键有机框架材料，其特征在于，所述离子型卤基二维氢键有机框架材料由三(4-(吡啶鎓-4-基)芳基)胺阳离子和卤素阴离子组成，所述卤素阴离子为三(4-(吡啶-4-基)芳基)胺阳离子的连接节点。
2.根据权利要求1所述的离子型卤基二维氢键有机框架材料，其特征在于，所述卤素阴离子作为连接节点，与相邻的三个所述三(4-(吡啶-4-基)芳基)胺阳离子通过氢键连续，形成具有二维拓扑结构的离子型卤基二维氢键有机框架材料；
3.根据权利要求2所述的离子型卤基二维氢键有机框架材料，其特征在于，所述离子型卤基二维氢键有机框架材料的结构式为：
4.根据权利要求1-3任一项所述的离子型卤基二维氢键有机框架材料，其特征在于，所述离子型卤基二维氢键有机框架材料采用以下制备方法得到：
5.一种离子型卤基二维氢键有机框架材料的制备方法，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述三(4-(吡啶-4-基)芳基)胺和氢卤酸的摩尔比为1:3～1:3000；和/或
7.根据权利要求5所述的制备方法，其
8.根据权利要求5-7任一项所述的制备方法，其特征在于，制备得到的所述离子型卤基二维氢键有机框架材料由三(4-(吡啶鎓-4-基)芳基)胺阳离子和卤素阴离子组成，卤素阴离子为三(4-(吡啶-4-基)芳基)胺阳离子的连接节点；
9.一种离子型卤基二维氢键有机框架材料的应用，其特征在于，将如权利要求1-4任一项所述的离子型卤基二维氢键有机框架材料或权利要求5-8任一项所述的制备方法制备得到的离子型卤基二维氢键有机框架材料用于气体吸附或分离。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，对所述离子型卤基二维氢键有机框架材料进行真空加热活化，使用活化后的所述离子型卤基二维氢键有机框架材料进行水蒸气吸附；
...【技术特征摘要】
1.一种离子型卤基二维氢键有机框架材料，其特征在于，所述离子型卤基二维氢键有机框架材料由三(4-(吡啶鎓-4-基)芳基)胺阳离子和卤素阴离子组成，所述卤素阴离子为三(4-(吡啶-4-基)芳基)胺阳离子的连接节点。
2.根据权利要求1所述的离子型卤基二维氢键有机框架材料，其特征在于，所述卤素阴离子作为连接节点，与相邻的三个所述三(4-(吡啶-4-基)芳基)胺阳离子通过氢键连续，形成具有二维拓扑结构的离子型卤基二维氢键有机框架材料；
3.根据权利要求2所述的离子型卤基二维氢键有机框架材料，其特征在于，所述离子型卤基二维氢键有机框架材料的结构式为：
4.根据权利要求1-3任一项所述的离子型卤基二维氢键有机框架材料，其特征在于，所述离子型卤基二维氢键有机框架材料采用以下制备方法得到：
5.一种离子型卤基二维氢键有机框架材料的制备方法，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟羽武，李仲秋，邵将洋，云晓明，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：
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