[发明专利]一种二维导电金属有机骨架材料及其制备方法

说明书

本发明涉及导电材料领域，具体涉及一种二维导电金属有机骨架材料及其制备方法。本发明公开了一种二维导电金属有机骨架材料，其化学式为C₁₆ReF₄O₈S₄；每个Re离子同时与氧离子和硫离子配位，并形成具有二维层状结构的二维导电金属有机骨架材料；其中，Re为正三价稀土金属元素。本发明还提供了一种二维导电金属有机骨架材料的制备方法，将2,5‑二氟‑3,6‑二巯基对苯二甲酸和Re盐加入至N,N‑二甲基甲酰胺、水和乙腈的混合溶液中加热，得到二维导电金属有机骨架材料。本发明提供的一种二维导电金属有机骨架材料及其制备方法，扩大了导电MOF材料的种类范畴，并解决了现有技术中导电MOF材料的稳定性较差的技术问题。

技术领域

本发明涉及导电材料领域，具体涉及一种二维导电金属有机骨架材料及其制备方法。

背景技术

近年来，导电金属有机骨架(Metal-Organic Framework，MOF)材料发展迅速，其在电学领域具有巨大的应用前景。其中，MOF材料具有的半导体特性，使其在半导体器件领域发挥着至关重要的作用。随着半导体工业和集成电路向纳米级微型化、小型化的快速发展，传统的半导体材料例如硅、锗和砷化镓等材料逐渐达到了功能上的瓶颈，因此需要开发一些新颖的半导体材料来替代传统的半导体材料。由于MOF材料独特的结构、化学和功能多样性，将其作为新一代半导体材料在微电子工业和能源相关的领域具有极大的发展前景。值得注意的是，绝大多数MOF材料是电子绝缘体，限制了它们在一些新兴的领域例如燃料电池、超级电容器、热电器件和电阻型传感器上的应用。MOF材料的导电率很低主要是由于其通常由金属离子和氧化还原惰性的有机配体通过σ键连接而成。这种连接方式不能够为电荷载流子的传递提供能量较低的传输路径，因此MOF的电导率一般低于10^-10S·cm^-1。

然而，在过去的几年里，研究人员已成功运用多种新方法构筑具有多孔性和高载流子迁移率的高导电性的MOF材料。这些导电MOF材料拥有很好的导电性，但其全部是由过渡金属所构筑的，限制了导电MOF材料的种类范畴。另外，现有的某些过渡金属MOF材料通过硫醇与过渡金属Pb配位得到的高度结晶性的三维多孔材料。该材料的缺点在于：1)对空气十分敏感，稳定性差；2)原位水解的方法得到单晶，方法不具备通用性。众所周知，稀土金属在地壳中的含量很多，稀土金属特有的外电子层结构，可以使合成的MOF材料具备更优异的性能和应用，然而提炼稀土金属的过程非常复杂和昂贵。因此，利用稀土金属元素构建导电MOF材料，扩大导电MOF材料的种类范畴，并提高导电MOF材料的稳定性成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种二维导电金属有机骨架材料及其制备方法，解决了现有技术中导电MOF材料的稳定性和种类范畴的技术问题。

本发明提供了一种二维导电金属有机骨架材料，其化学式为C₁₆ReF₄O₈S₄；

每个Re离子同时与氧离子和硫离子配位，并形成具有二维层状结构的二维导电金属有机骨架材料；

其中，所述Re为正三价稀土金属元素。。

优选的，所述Re为正三价铕元素、正三价钐元素、正三价钆元素、正三价铽元素、正三价镝元素、正三价钬元素或正三价铒元素。

更优选的，所述Re为正三价铕元素。

优选的，所述二维导电金属有机骨架材料为四方晶系结构。

优选的，所述二维导电金属有机骨架材料属于P4/n空间群。

优选的，所述二维导电金属有机骨架材料的晶胞参数为：

优选的，每个Re离子与氧离子配位形成Re-O键；

所述Re-O键的键长为