[发明专利]基于V-型羧酸配体金属有机框架材料及制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于V‑型羧酸配体金属有机框架材料，化学分子式为[Ni(H₂L)(H₂O)₃]_n，H₂L为脱去两个质子的有机配体3,5‑双(2,4‑二羧基苯基)硝基苯。[Ni(H₂L)(H₂O)₃]_n的晶体结构属于正交晶系，空间群为Pnma，晶胞参数为：α＝β＝γ＝90°，本发明还公开了基于V‑型羧酸配体金属有机框架材料的制备方法，以及基于V‑型羧酸配体金属有机框架材料在OER电催化方面的应用。本发明解决了现有技术中存在的金属有机框架材料热、化学稳定性差的问题。

技术领域

本发明属于晶态材料技术领域，具体涉及一种基于V-型羧酸配体金属有机框架材料，本发明还涉及一种基于V-型羧酸配体金属有机框架材料的制备方法，本发明还涉及基于V-型羧酸配体金属有机框架材料在电催化方面的应用。

背景技术

金属有机框架(Metal-Organic Frameworks，MOFs)作为独特的多孔配位聚合物，具有结构多样化、高比表面积、孔表面可修饰和孔尺寸可调节等特性，是近年来发展迅速的一种多孔有机-无机杂化材料。金属有机框架具有的多变结构和优良性能使其成为在气体存储与分离、催化、染料降解、光学、磁学、生物学等领域均表现出巨大应用价值的新型功能材料。

析氧反应(OER)是直接太阳能、电驱动裂水、再生燃料电池和可充电金属-空气电池等许多能量储存和转换应用的关键过程之一。然而，即使在具有相对高活性的贵金属基催化剂的推动下，缓慢的动力学也是OER的关键瓶颈。虽然RuO₂和IrO₂对OER表现出高效的电催化活性，但它们的稀缺性和高昂的成本限制了它们的广泛应用，因此，设计和开发替代材料成为了关注的热点。金属有机框架结构中丰富的活性金属中心不仅可以作为电催化中的高活性催化位点，表现出高吸附亲和力和催化活性，而且可以为电解质提供容纳空间。

V-型四羧酸类配体可以提供多个羧酸的配位位点并且可以形成不同的配位模式；该配体中存在的四个羧基基团在合成MOFs的过程中可以与金属离子连接形成不同的金属簇单元。这不仅可以增加金属有机框架结构的热、化学稳定性和空间结构的多样性，也可以作为高密度活性金属催化位点应用于电催化反应中。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于V-型羧酸配体金属有机框架材料，解决了现有技术中存在的金属有机框架材料热、化学稳定性差的问题。

本发明所采用的第一技术方案是，基于V-型羧酸配体金属有机框架材料，化学分子式为[Ni(H₂L)(H₂O)₃]_n，H₂L为脱去两个质子的有机配体3,5-双(2,4-二羧基苯基)硝基苯。

本发明第一技术方案的特点还在于，

[Ni(H₂L)(H₂O)₃]_n的晶体结构属于正交晶系，空间群为Pnma，晶胞参数为：α＝β＝γ＝90°。

[Ni(H₂L)(H₂O)₃]_n中每个Ni²⁺和四个配位水分子中的O原子以及两个来自配体的V-型四羧酸O原子配位，形成扭曲的八面体构型；每个配体连接1个金属Ni²⁺；该金属-有机骨架通过中心金属Ni²⁺与配体及配位水分子连接形成一维链状结构。

有机配体3,5-双(2,4-二羧基苯基)硝基苯化学结构式如下：

有机配体3,5-双(2,4-二羧基苯基)硝基苯配体为刚性对称结构，呈V型构型，具有124°的配位角。