[发明专利]一种稳定的铁基MOFs晶体材料及其制备方法、应用

说明书

本发明公开了一种稳定的新型铁基MOFs晶体材料，以铁乙酸簇(Fe₃(μ₃‑O)(CH₃COO)₆)和有机配体2，5‑噻吩二羧酸为前驱体反应，得到了具有稳定的微孔结构的铁基金属‑有机框架材料。由铁氧簇和2，5‑噻吩二羧酸通过简单的溶剂热反应组装而成的金属‑有机框架材料，合成所需的原料来源廉价易得，反应条件较为温和，容易实现，因此制备成本较低。

技术领域

本发明属于多孔有机材料领域，具体涉及一种由铁乙酸簇(Fe₃(μ₃-O)(CH₃COO)₆)和有机配体2，5-二羧酸构筑的，具有高稳定性的铁基MOFs晶体材料的制备方法。

背景技术

乙炔是一种非常重要的石油化工产品，主要通过甲烷和碳氢化合物的不完全燃烧或者裂解得到，期间往往伴随着部分二氧化碳气体的生成，导致其纯度受到影响。因此，在投入生产和使用之前需要除去乙炔气体中混有的二氧化碳气体。然而，乙炔和二氧化碳分子具有极其相似的动力学直径(约为)和沸点(乙炔：189.3K；二氧化碳：194.7K)，常规的分离方法不仅难度较大，而且成本也较高。因此，如何实现两者的有效分离成为工业生产亟待解决的难题。

金属-有机框架材料(metal-organic frameworks,MOFs)，是由金属离子或团簇与有机配体组装而成的多孔框架材料。该类材料结构多样，孔道可调，具有高度结晶性，可以根据需要设计成具有一定孔道尺寸和特殊环境的多孔结构，有望实现不同气体分子的吸附与分离。其中，铁基MOF，即以铁乙酸簇为金属结点和有机配体组装而成的金属-有机框架材料，由于其合成成本较低，低毒性且具有较高的稳定性，近年来受到了广泛关注和研究。目前，铁基MOFs在气体吸附与分离中的应用大多倾向于二氧化碳和氢气的选择性吸附，应用于分离乙炔和二氧化碳的研究相对较少。(Cryst.Growth Des.2021,21(5),3100-3122.Small 2019,15(2),1803088)

因此，需要制备和开发新型铁基MOFs材料在分离乙炔和二氧化碳中的应用。

发明内容

本发明的主要目的在于通过简单的溶剂热法制备结构稳定的新型铁基金属-有机框架材料。在我们的工作中，以铁乙酸簇(Fe₃(μ₃-O)(CH₃COO)₆)和有机配体2，5-噻吩二羧酸为前驱体反应，得到了一例具有稳定的微孔结构的铁基金属-有机框架材料——PFC-2017。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明公开一种稳定的新型铁基MOFs晶体材料，以铁乙酸簇(Fe₃(μ₃-O)(CH₃COO)₆)和有机配体2，5-噻吩二羧酸为前驱体反应，得到了具有稳定的微孔结构的铁基金属-有机框架材料。

进一步的，一种稳定的新型铁基MOFs晶体材料包括被有机配体部分取代的铁氧簇、脱质子的有机配体2，5-噻吩二羧酸以及DMF分子。

进一步的，所述铁氧簇为Fe₃(μ₃-O)(COO)₆。

进一步的，该材料属于单斜晶系，C2/c空间群。

进一步的，所述铁基金属-有机框架材料晶体学数据为：晶胞参数为：α＝90°，β＝129.1710(10)，γ＝90°。Z＝8。

本发明还包括一种稳定的新型铁基MOFs晶体材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、称量26mg有机配体2，5-噻吩二羧酸超声完全溶解在2ml的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，然后加入10mg的铁氧簇，超声使其充分混合；此时溶液呈现橙红色的悬浊液；