[发明专利]一种高热稳定的多孔锌基MOF材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供一种高热稳定的多孔锌基MOF材料及其制备方法与应用，化学通式为[Zn₃(tcpb)₂(bpeb)]_n，属于三斜晶系，空间群为P‑1，晶胞参数组分tcpb^3‑是半刚性的三元有机羧酸H₃tcpb脱去3个质子所得，H₃tcpb如式Ⅰ所示；组分bpeb如式Ⅱ所示，本发明提供的三重穿插的多孔MOF材料，热稳定性高，能够在水、乙腈等溶剂中稳定存在；制备条件温和，产率最高可达76.3％；理论空隙率为31.3％，计算密度为1.173g/cm³，是一种低密度的典型多孔材料；其作为发光材料，可用于对常用高沸点溶剂DMA的鉴别，以及对Fe³⁺定性与定量荧光检测。

技术领域

本发明属于先进多孔材料领域，具体涉及一种高热稳定三重互穿多孔的锌基金属-有机框架Zn₃-MOF新材料及其制法与应用。

背景技术

一般来说，多孔材料是一类有空隙的固体物质，如海绵、火山口沸石等；受自然资源的限制，人工合成已是多孔新材料的重要来源，上世纪中叶以来，大致经历了无机多孔材料(如硅酸盐分子筛、磷酸铝AlPO-5等)、金属-有机框架(Metal-Organic Frameworks，MOFs，如MOF-5)和多孔有机框架材料(Porous Organic Frameworks，POFs)阶段，这些新材料已在气体存储、催化反应、传感器、药物缓释等方面得到了广泛的研究和应用开发。

最受青睐的MOFs是由有机官能配体和金属离子或簇，通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙高度有序的有机-无机杂化材料，因为金属中心及有机配体导致了MOFs结构与功能的多样性。由于微观反应过程、拓扑结构以及性能都难以预测，而且多数多孔结构的MOF热稳定性欠佳，因此制备拓扑结构新颖、高热稳定性的多孔MOF是富挑战性的任务。另一方面，柔性或半刚性的有机官能配体，一般只制得无孔或互穿致密结构，因此制备基于半刚性有机官能的多孔MOFs，是具有挑战性的课题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种具有高热稳定性的多孔锌基金属-有机框架材料Zn₃-MOF，该新材料可用于制备存储、荧光检测等方面。

为实现上述目的，根据本发明第一方面，本发明提供如下技术方案：一种高热稳定的多孔锌基金属-有机框架材料，其特征在于，其化学通式为[Zn₃(tcpb)₂(bpeb)]_n，记为Zn₃-MOF，属于三斜晶系，空间群为P-1，晶胞参数所述化学通式中，组分tcpb^3-是半刚性的三元有机羧酸H₃tcpb脱去3个质子所得，所述H₃tcpb结构如式Ⅰ所示；组分bpeb结构如式Ⅱ所示，

在Zn₃-MOF的配位结构中，每个tcpb^3-与6个Zn²⁺离子配位，其配位模式如式III所示，组分bpeb通过N原子与2个Zn²⁺离子(Zn1)形成配位，配位模式如式IV所示；在Zn₃-MOF配位结构中，存在两种不同配位模式的Zn²⁺离子，配位方式如式V中Zn1和Zn2所示，Zn1和Zn2分别代表两种不同配位模式的Zn²⁺离子，两种不同配位模式的Zn²⁺离子通过共享羧酸根形成了组成为[Zn₃(CO₂)₆N₂]的三核簇，记为{Zn₃}；其中，式III至式V中原子数字标记表示原子来源，右上角标*号与空间对称操作有关。