[发明专利]一种钒氧-有机分子笼基孔性液体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种钒氧‑有机分子笼基孔性液体及其制备方法和应用。将钒氧簇基金属有机笼通过静电作用分散在离子液体中，经离子交换、纯化得到钒氧‑有机分子笼基孔性液体。本发明的钒氧‑有机分子笼基孔性液体，具有分散均匀、流动性好的特性，能够实现钒氧簇基金属有机笼本征孔液态化，同时实现孔性液体孔道多样化、孔径可调控等；本发明的钒氧‑有机分子笼基孔性液体，对CH₄有很好的吸附效果，且稳定性好，蒸气压低，吸附过程易于控制，便于回收利用。

技术领域

本发明属于材料制备领域，具体涉及一种钒氧-有机分子笼基孔性液体及其制备方法和应用。

背景技术

孔性液体是具有流动性的新型液态多孔材料(Nature 2015,527,216)。目前孔性液体主要分为三类：I型孔性液体是含有本征孔的液态分子(Nat Chem 2020,12,270)；II型孔性液体是含有本征孔分子的溶液；III型孔性液体是高度分散的孔性材料颗粒(如：沸石、配位聚合物等)的悬浊液(Angew Chem Int Ed 2018,57,11909)。I型孔性液体具备永久孔道结构，但是牵涉复杂有机合成，提高调控孔道结构与孔道性质的难度。III型孔性液体虽然合成方便，但是具有久置后颗粒沉积导致失去孔道结构的问题。

II型孔性液体同时具备I型和III型孔性液体的优势。II型孔性液体的本征孔主要来源于有机分子笼，有机分子笼合成条件相对苛刻，结构设计调控具有一定局限性。MOP是以金属离子或者金属簇为结点，通过有机桥联配体扩展形成的零维结构，其本征孔具备特殊的主客体性质，打破传统有机分子笼的局限，是理想的构筑单元。目前仅李丹等(J.Am.Chem.Soc.2019,141,11621)将金属镍和咪唑形成的金属有机分子笼溶解于甲醇中，实现压力为2.0-3.0bar时CO₂在甲醇溶液中以动态孔进入分子笼内。II型孔性液体的流动性主要来源于分子液体，离子液体是制备孔性液体的优选分子液体，利用阴离子型有机笼与离子液体的电荷匹配实现孔性液体的制备。仅戴胜等(Angew Chem Int Edit 2020,59,2268)将18-冠-6醚络合钾离子液体作为溶剂，溶解阴离子型有机分子笼形成孔性液体，实现对CO₂的吸附。

钒基金属有机分子笼以多钒氧簇为金属节点，根据钒离子多样的配位构型：VO₄四面体、VO₅方锥体和VO₆八面体，VMOP可形成多面体结构、环状结构和胶囊型结构等，实现孔道结构的多样化，又由于钒基金属有机分子笼具有充足的负电荷，是离子型孔性液体的优选材料。至今以金属-有机分子笼与离子液体作为原料合成孔性液体未见报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的第一个目的是提供一种钒氧-有机分子笼基孔性液体；本发明的第二个目的是提供一种钒氧-有机分子笼基孔性液体的制备方法；本发明的第三个目的是提供一种钒氧-有机分子笼孔性液体的应用；本发明通过将VMOPs溶解在离子液体中得到孔性液体，既实现VMOPs本征孔液态化，又能获得孔道多样化、孔径可调控的孔性液体。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种钒氧-有机分子笼基孔性液体，通过将钒氧簇基金属有机笼溶解在离子液体中得到孔性液体。

作为本申请的优选技术方案，所述的钒氧簇基金属有机笼为环状金属有机笼或多面体金属有机笼。

作为本申请的优选技术方案，所述的环状金属有机笼为溴取代环状钒氧簇基配位分子笼(hydoughnut-2)、甲氧基取代环状钒氧簇基配位分子笼(hydoughnut-3)、环状钒氧簇基配位分子笼(hydoughnut-1)及同系列氨取代环状钒氧簇基配位分子笼(hydoughnut-NH₂)、羟基取代钒氧簇基配位分子笼(hydoughnut-OH)等。