[发明专利]一种铕基金属有机框架材料及其制备方法和作为质子传导材料的应用

说明书

本发明公开了一种铕基金属有机框架材料及其制备方法和作为质子传导材料的应用。该Eu(III)‑MOFs的分子式为{[Eu₂(TTHA)(H₂O)₄]·9H₂O}_n，其中，TTHA表示配体1,3,5‑三嗪‑2,4,6‑三胺‑六乙酸失去了6个质子形成的阴离子基团。该Eu(III)‑MOFs的制备方法是：将H₆TTHA、4,4′‑联吡啶、Eu(NO₃)₃·6H₂O加入到水/乙腈混合溶剂中，并调节溶液体系的pH值至酸性后，进行水热反应，即得。该Eu(III)‑MOFs在较宽温度和相对湿度范围内具有较好的质子传导率，且在353K和98％RH时的传导率达到3.50×10^‑3S·cm^‑1，高于现有技术中所报道的大多数MOFs类质子导体，可以广泛应用于电化学器件、传感器以及燃料电池等。

技术领域

本发明涉及一种质子传导材料，特别涉及一种铕基金属-有机框架质子传导材料，即Eu(III)-MOFs，具体涉及一种以Eu(III)为中心金属离子，TTHA为有机配体组装形成的Eu(III)-MOFs，还涉及Eu(III)-MOFs的制备方法及其作为质子传导材料的应用，属于燃料电池技术领域。

背景技术

随着世界经济的快速发展，全球能源需求的不断增加和不可再生资源的巨大消耗，已经带来了严重的能源危机。在这种背景下，开发新能源已经成为人们亟待解决的问题。质子交换膜燃料电池具有能量转换率高、发电无污染、无噪音等优势，有望成为一种绿色可持续的能源来源，而质子交换材料是其中最核心的部分。目前，商业上使用的导电材料以全氟磺酸为主，其在60～80℃和98％RH下具有高于10^-2S·cm^-1的质子传导率。然而，全氟磺酸的价格昂贵、制作工艺复杂且不能在高温环境下使用，所以其应用受到了限制。近年来，为了开发具有高活性并且能够长期循环使用的导电材料进行了大量的探索，如有机聚合物、无机材料、共价有机框架(COFs)等多种类型的导电材料相继被开发出来。其中，金属有机框架化合物(MOFs)作为一种新型的质子传导材料，其具有高结晶性以及结构和性能的可调性，相比于其它类型的导电材料，MOFs的明显优势在于其具有精确的结构信息，因而可以从分子级别上深入地研究质子传导机理。此外，MOFs材料中含有高浓度的酸性基团和水分子以及连续的氢键网络，为质子的传递提供了载体和传输通道。其中，有机酸类Ln-MOFs由于结构多样性、骨架稳定且性能独特，其质子传导性能研究已经吸引了广泛的关注。