CN114479106B - 一种具有氨气响应与抗菌功能的金属有机框架材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属有机框架材料技术领域，涉及一种具有氨气响应与抗菌功能的金属有机框架材料及其制备方法。本发明所制备得到的具有氨气响应与抗菌功能的金属有机框架材料，其化学式为[Co3(HCO2)6]·C3H7NO，式中(HCO2)为甲酸失去1个质子的阴离子，C3H7NO为N,N‑二甲基甲酰胺。本发明还提供了上述金属有机框架材料的制备方法，所制备得到的金属有机框架材料具有优异的氨气响应性能、抗菌性能以及热稳定性，且制备工艺简单、环保、成本低廉、适于放大生产，在气体传感、环境安全、生物医疗等领域具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于金属有机框架材料技术领域，具体涉及一种具有氨气响应与抗菌功能的金属有机框架材料及其制备方法。
背景技术
金属有机框架材料是一类由金属离子中心和有机配体通过价键作用形成的一类具有三维网络结构的晶态材料。金属有机框架材料因其结构多样性和易修饰性，在气体存储、光电子材料、磁性材料、抗菌材料及催化等领域具有广泛的应用前景。同时具有氨气响应与抗菌功能的材料在气体传感、环境安全、生物医疗等领域具有广泛的应用前景。因而，开发兼具氨气响应与抗菌功能的金属有机框架材料，已成为当前的研究热点。
发明内容
基于上述背景，本发明提供一种具有氨气响应与抗菌功能的金属有机框架材料及其制备方法。本发明提供的具有氨气响应与抗菌功能的金属有机框架材料，具有优异的氨气响应性能、抗菌性能、以及热稳定性，且制备工艺简单、环保、成本低廉、适于放大生产。
本发明技术方案：
一种具有氨气响应与抗菌功能的金属有机框架材料，其化学式为·C3H7NO，式中(HCO2)为甲酸失去1个质子的阴离子，C3H7NO为N,N-二甲基甲酰胺，该金属有机框架材料属于单斜晶系，空间群为P 21/n，晶胞参数为： 其晶体学数据见表1，部分键长和键角见表2，该金属有机框架的结构单元由3个钴离子中心和6个去质子化的甲酸基团构成，并通过甲酸基团的桥联作用形成三维的框架结构，沿b轴方向具有规则的四边形孔道，N,N-二甲基甲酰胺分子游离在孔道内部；
表1：金属有机框架材料的晶体学数据
a R1＝∑||Fo|–|Fc||/∑|Fo|.b wR2＝1/2
表2：金属有机框架材料的部分键长和键角(°)
Symmetry codes:11/2-X,-1/2+Y,1/2-Z；2-1/2+X,1/2-Y,-1/2+Z；31-X,-Y,-Z；41/2-X,1/2+Y,1/2-Z；51/2+X,1/2-Y,1/2+Z；61-X,1-Y,1-Z。
一种兼具氨气响应与抗菌功能的金属有机框架材料的制备方法，包括以下步骤：
将硝酸钴溶解在去离子水和DMF的混合溶剂中，搅拌10min混合均匀后，再缓慢加入2-氨基-1,4苯二磺酸单钠盐，搅拌混合1h，然后将其置于反应釜中，120℃条件下反应48h，然后冷却至室温，过滤、洗涤、干燥，即得到具有氨气响应与抗菌功能的金属有机框架材料；
优选的是，所述硝酸钴、2-氨基-1,4苯二磺酸单钠盐、去离子水、DMF的质量比为15：13：130：1070。
本发明具有的有益效果：
本发明所制备得到的具有氨气响应与抗菌功能的金属有机框架材料，具有优异的氨气响应性能、抗菌性能、以及热稳定性，且制备工艺简单、环保、成本低廉，且适于放大生产，在气体传感、环境安全、生物医疗等领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明制备的金属有机框架材料晶体结构单元图；
图2为本发明制备的金属有机框架材料的三维结构图；
图3为本发明制备的金属有机框架材料对大肠杆菌的抑菌圈抗菌活性实验照片；
图4为本发明制备的金属有机框架材料金黄色葡萄球菌的抑菌圈抗菌活性实验照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例：
一种具有氨气响应与抗菌功能的金属有机框架材料，其化学式为·C3H7NO，式中(HCO2)为甲酸失去1个质子的阴离子，C3H7NO为N,N-二甲基甲酰胺，该金属有机框架材料属于单斜晶系，空间群为P 21/n，晶胞参数为： 其晶体学数据见表1，部分键长和键角见表2，该金属有机框架的结构单元由3个钴离子中心和6个去质子化的甲酸基团构成，并通过甲酸基团的桥联作用形成三维的框架结构，沿b轴方向具有规则的四边形孔道，N,N-二甲基甲酰胺分子游离在孔道内部。
上述具有氨气响应与抗菌功能的金属有机框架材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将15质量份的硝酸钴溶解在1200质量份、质量比为130：1070的去离子水和DMF的混合溶剂中，搅拌10min混合均匀；(2)向上述混合溶液中缓慢加入13质量份的2-氨基-1,4苯二磺酸单钠盐，搅拌混合1h；(3)将上述步骤(2)所得混合溶液置于反应釜中，120℃条件下反应48h，然后冷却至室温，过滤、洗涤、干燥，即得到具有氨气响应与抗菌功能的金属有机框架材料。
对比例：
本对比例的制备方法与实施例的制备方法不同之处在于：在步骤(2)中将13质量份的2-氨基-1,4苯二磺酸单钠盐替换为13质量份的二水合甲酸钠(或者甲酸)，其它步骤、试剂和参数与实施例相同。本对比例并没有制备得到实施例中的金属有机框架材料。
本发明中实施例方法合成得到的具有氨气响应与抗菌功能的金属有机框架材料产品，其颜色为粉红色，暴露于氨气环境中后，其颜色迅速(30秒内)变为棕褐色，说明该金属有机框架材料产品具有优异的氨气响应性能。
采用抑菌圈抗菌活性实验方法对产品的抗菌性能进行评价；本发明中实施例方法合成得到的金属有机框架材料产品对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径分别可达到30mm和31mm，说明该金属有机框架材料产品的抗菌效果优异。
采用热失重分析仪(SDT-Q600，美国TA公司)对产品的热稳定性能进行评价；本发明中实施例方法合成得到的金属有机框架材料产品，其骨架结构在低于310℃条件下可以稳定存在，说明该钴基金属有机框架材料产品具有优异的热稳定性。
综上所述，本发明所制备得到的具有氨气响应与抗菌功能的金属有机框架材料产品，具有优异的氨气响应性能、抗菌性能以及热稳定性，且制备工艺简单、环保、成本低廉，且适于放大生产，在气体传感、环境安全、生物医疗等领域具有广泛的应用前景。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
Claims (1)
1.一种具有氨气响应与抗菌功能的金属有机框架材料在氨气检测中的应用，其特征在于，所述金属有机框架材料的制备方法包括如下步骤：
将硝酸钴溶解在去离子水和DMF的混合溶剂中，搅拌10 min混合均匀后，再缓慢加入2-氨基-1,4苯二磺酸单钠盐，搅拌混合1 h，然后将其置于反应釜中，120 ℃条件下反应48 h，然后冷却至室温，过滤、洗涤、干燥，即得到具有氨气响应与抗菌功能的金属有机框架材料；在上述步骤中，所述硝酸钴、2-氨基-1,4苯二磺酸单钠盐、去离子水、DMF的质量比为15：13：130：1070；
所述的具有氨气响应与抗菌功能的金属有机框架材料，其化学式为[Co3(HCO2)6]∙C3H7NO，式中HCO2 -为甲酸失去1个质子的阴离子，C3H7NO为N,N-二甲基甲酰胺，该金属有机框架材料属于单斜晶系，空间群为P 21/n，晶胞参数为：a =11.3937(4) Å，b = 9.9353(4) Å，c = 14.4751(5) Å，λ = 0.71073 Å，V = 1638.20(10) Å 3，α=90°，β=91.236(1)°，γ=90°，该金属有机框架的结构单元由3个钴离子中心和6个去质子化的甲酸基团构成，并通过甲酸基团的桥联作用形成三维的框架结构，沿b轴方向具有规则的四边形孔道，N,N-二甲基甲酰胺分子游离在孔道内部。
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