CN116622078A - 一种定向组装柔性mof水凝胶及其制备方法与质子传导应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种定向组装柔性MOF水凝胶及其制备方法与质子传导应用，将过渡金属盐与L‑谷氨酸配置成混合水溶液，在80～200℃下恒温反应1～5h，之后冷却至室温，用去离子水和无水乙醇冲洗，得到定向组装柔性MOF水凝胶L‑Glu‑M(M＝Zr、Fe或Co)，进行密封保存；通过调控制备参数，其在90RH％下电导率可达到0.30562S/cm，本发明生产工艺方法简单，操作简便，在质子传导领域十分具有前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种定向组装柔性MOF水凝胶及其制备方法，主要应用于质子传导领域。
背景技术
近年来，由于能源问题与环境问题的日益严峻，质子导体材料在能源转换与储存领域越来越受关注。固体酸(MaHb(XO4)c，其中M表示单价或二价阳离子，XO4表示四面体含阳阴离子，a、b、c为整数)是一种良好的质子传导材料，在较高温度下通过相结构转变产生高电导率，但是其水溶性与热不稳定性限制了实际应用。
氧化物型质子导体在高温下具有良好的导电性能，但是有学者对同种材料进行研究得出相反的结论，其理论存在缺陷，还处于研究与探索阶段。
目前，金属有机框架(MOFs)材料在质子传导领域表现出优异性能，引起了广大研究者关注，其结构中有序孔道可以为质子车载机理传输提供有效路径，嵌入质子给体、受体客体后能有效提高MOFs材料的质子电导率，嫁接质子给体或者连接受体官能团后能够增加质子跳跃位点实现高效传递，进而实现高质子导电性，并且MOFs材料具有结构可设计性、孔道易调节性以及易功能化修饰等优点，在质子传导领域十分具有前景。但是，大部分MOFs质子导电材料的水稳定性差，对于其孔道中水分子的含量依赖性大，高温下孔道内水分子发生逸出，导致质子电导率急剧下降，极大地限制MOFs质子导电材料的实际应用。
因此设计出一种稳定性较好，高温下保水性能良好的高电导率材料显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种稳定性较好，高温下具有良好保水性能的应用于质子传导的高电导率材料及其制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种定向组装柔性MOF水凝胶的制备方法，所述的制备方法为：
将过渡金属盐与L-谷氨酸(L-Glu)配置成混合水溶液，将混合水溶液转移至反应釜内，在80～200℃下恒温反应1～5h，之后冷却至室温，用去离子水和无水乙醇冲洗，得到所述的定向组装柔性MOF水凝胶，记作L-Glu-M(M＝Zr、Fe或Co)，进行密封保存；
其中，过渡金属盐为锆盐、铁盐或钴盐；具体的，锆盐例如：硫酸锆；铁盐例如：氯化铁；钴盐例如：硝酸钴；
L-谷氨酸与过渡金属盐的摩尔比为1:2～3:1，优选1:2；
混合水溶液中，过渡金属盐的浓度为1～6mol/L，优选4mol/L；
优选反应的温度为150℃，时间为2h。
本发明涉及上述制备方法制得的定向组装柔性MOF水凝胶。
本发明所述的定向组装柔性MOF水凝胶在高湿度条件下具有高电导率，可用作质子传导材料。
本发明具有以下优点：
1、L-Glu-M(M＝Zr、Fe、Co)材料具有高电导率。
2、L-Glu-M(M＝Zr、Fe、Co)材料制备条件简单，操作简易，且无污染。
附图说明
图1为实施例1、6、7的不同温度条件下电导率图。
图2为实施例3～5的不同湿度条件下电导率图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上是作说明之用，而非用以限制本发明。
实施例1：
配置浓度为1mol/L的硫酸锆溶液，加入L-Glu(锆盐与L-Glu摩尔比2：1)搅拌至澄清，转至反应釜中，150℃下恒温2h，待反应完成后，用去离子水与无水乙醇冲洗三次，得到L-Glu-Zr(1)。
实施例2：
配置浓度为2mol/L的硫酸锆溶液，加入L-Glu(锆盐与L-Glu摩尔比2：1)搅拌至澄清，转至反应釜中，150℃下恒温2h，待反应完成后，用去离子水与无水乙醇冲洗三次，得到L-Glu-Zr(2)。
实施例3：
配置浓度为3mol/L的硫酸锆溶液，加入L-Glu(锆盐与L-Glu摩尔比2：1)搅拌至澄清，转至反应釜中，150℃下恒温2h，待反应完成后，用去离子水与无水乙醇冲洗三次，得到L-Glu-Zr(3)。
实施例4：
配置浓度为4mol/L的硫酸锆溶液，加入L-Glu(锆盐与L-Glu摩尔比2：1)搅拌至澄清，转至反应釜中，150℃下恒温2h，待反应完成后，用去离子水与无水乙醇冲洗三次，得到L-Glu-Zr(4)。
实施例5：
配置浓度为5mol/L的硫酸锆溶液，加入L-Glu(锆盐与L-Glu摩尔比2：1)搅拌至澄清，转至反应釜中，150℃下恒温2h，待反应完成后，用去离子水与无水乙醇冲洗三次，得到L-Glu-Zr(5)。
实施例6：
配置成浓度为1mol/L的硫酸锆溶液，加入L-Glu(锆盐与L-Glu摩尔比2：1)搅拌至澄清，转至反应釜中，120℃下恒温2h，待反应完成后，用去离子水与无水乙醇冲洗三次，得到L-Glu-Zr(120℃)。
实施例7：
配置浓度为1mol/L的硫酸锆溶液，加入L-Glu(锆盐与L-Glu摩尔比2：1)搅拌至澄清，转至反应釜中，180℃下恒温2h，待反应完成后，用去离子水与无水乙醇冲洗三次，得到L-Glu-Zr(180℃)。
实施例8：
配置浓度为3mol/L的氯化铁溶液，加入L-Glu(铁盐与L-Glu摩尔比2：1)搅拌至澄清，转至反应釜中，150℃下恒温2h，待反应完成后，用去离子水与无水乙醇冲洗三次，得到L-Glu-Fe。
实施例9：
配置浓度为3mol/L的硝酸钴溶液，加入L-Glu(钴盐与L-Glu摩尔比2：1)搅拌至澄清，转至反应釜中，150℃下恒温2h，待反应完成后，用去离子水与无水乙醇冲洗三次，得到L-Glu-Co。
将L-Glu-M(M＝Zr、Fe或Co)材料制成半径为1cm，高为2mm的圆柱，在不同温度及湿度下测其电导率。
表1：不同环境温度下L-Glu-M的电导率
表2：不同环境湿度下L-Glu-Zr的电导率
Claims (7)
1.一种定向组装柔性MOF水凝胶的制备方法，其特征在于，所述的制备方法为：
将过渡金属盐与L-谷氨酸配置成混合水溶液，将混合水溶液转移至反应釜内，在80～200℃下恒温反应1～5h，之后冷却至室温，用去离子水和无水乙醇冲洗，得到所述的定向组装柔性MOF水凝胶，进行密封保存；
其中，过渡金属盐为锆盐、铁盐或钴盐。
2.如权利要求1所述的定向组装柔性MOF水凝胶的制备方法，其特征在于，所述锆盐为硫酸锆；所述铁盐为氯化铁；所述钴盐为硝酸钴。
3.如权利要求1所述的定向组装柔性MOF水凝胶的制备方法，其特征在于，L-谷氨酸与过渡金属盐的摩尔比为1:2～3:1。
4.如权利要求1所述的定向组装柔性MOF水凝胶的制备方法，其特征在于，混合水溶液中，过渡金属盐的浓度为1～6mol/L。
5.如权利要求1所述的定向组装柔性MOF水凝胶的制备方法，其特征在于，反应的温度为150℃，时间为2h。
6.如权利要求1～5任一项所述的制备方法制得的定向组装柔性MOF水凝胶。
7.如权利要求6所述的定向组装柔性MOF水凝胶作为质子传导材料的应用。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070128490A1 (en) * | 2004-05-13 | 2007-06-07 | Wen Li | Proton exchange membranes (PEM) based on hybrid inorganic-organic copolymers with grafted phosphoric acid groups and implanted metal cations |
| US20140330020A1 (en) * | 2011-10-03 | 2014-11-06 | Council Of Scientific And Industrial Research | Water soluble metal-organic frameworks (mofs) |
| KR20160087727A (ko) * | 2015-01-14 | 2016-07-22 | 고려대학교 산학협력단 | 술폰산기를 도입한 지르코늄계 금속-유기 골격체 및 이의 제조방법 |
| EP3498368A1 (en) * | 2017-12-18 | 2019-06-19 | Centre National De La Recherche Scientifique | Aliphatic zr-, hf-, and ln-based inorganic-organic hybrid solid mof materials, methods for preparing same and uses thereof |
| CN110227524A (zh) * | 2019-06-25 | 2019-09-13 | 广东工业大学 | 一种双金属mof衍生的析氧电催化剂的制备方法 |
| CN112940277A (zh) * | 2021-02-19 | 2021-06-11 | 安徽大学 | 甲酸稀土金属有机框架配合物及其制备方法和应用 |
| CN114805838A (zh) * | 2022-05-09 | 2022-07-29 | 上海科技大学 | 一种多孔配位聚合物及其绿色制备方法和应用 |
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070128490A1 (en) * | 2004-05-13 | 2007-06-07 | Wen Li | Proton exchange membranes (PEM) based on hybrid inorganic-organic copolymers with grafted phosphoric acid groups and implanted metal cations |
| US20140330020A1 (en) * | 2011-10-03 | 2014-11-06 | Council Of Scientific And Industrial Research | Water soluble metal-organic frameworks (mofs) |
| KR20160087727A (ko) * | 2015-01-14 | 2016-07-22 | 고려대학교 산학협력단 | 술폰산기를 도입한 지르코늄계 금속-유기 골격체 및 이의 제조방법 |
| EP3498368A1 (en) * | 2017-12-18 | 2019-06-19 | Centre National De La Recherche Scientifique | Aliphatic zr-, hf-, and ln-based inorganic-organic hybrid solid mof materials, methods for preparing same and uses thereof |
| CN110227524A (zh) * | 2019-06-25 | 2019-09-13 | 广东工业大学 | 一种双金属mof衍生的析氧电催化剂的制备方法 |
| CN112940277A (zh) * | 2021-02-19 | 2021-06-11 | 安徽大学 | 甲酸稀土金属有机框架配合物及其制备方法和应用 |
| CN114805838A (zh) * | 2022-05-09 | 2022-07-29 | 上海科技大学 | 一种多孔配位聚合物及其绿色制备方法和应用 |
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