一种铋金属有机框架单晶材料及其制备方法

本发明属于金属有机框架材料制备，具体涉及一种铋金属有机框架单晶材料及其制备方法。

背景技术：

1、金属有机框架材料(mofs)是基于配位聚合物理论，由含氧、氨等多齿有机配体与金属原子以配位键相连形成金属节点使相邻的分子链接起来，自组装形成具有周期性网络结构的类沸石材料。近年来，mofs凭借其特定的框架结构及孔道效应，使其具有大比表面积、高孔隙率等特点。此外，通过改变金属原子和配体的种类，mofs材料还具有易于调控的结构与功能，在储能、气体分离、催化、光学元件等多个领域展现了独特应用前景，成为热门研究材料之一。因此，开发具有新型结构的mofs材料对于拓宽mofs材料的产业应用具有重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种铋金属有机框架单晶材料及其制备方法，以天然多酚(鞣花酸)为有机配体，制备过程简洁环保，具有反应条件温和、成本低、产率高、生产周期短、有利于工业化的生产与应用的优势。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、一种铋金属有机框架单晶材料，其特征在于，具有由一维链状聚合结构堆积而成的三维超分子框架结构，所述一维链状聚合结构由若干重复结构单元依次链接而成；所述重复结构单元以呈七配位戴帽八面体的空间配位构型的三价铋为金属节点，在金属节点周围连接2个n-甲基吡咯烷酮配体、1个硝酸根配体和1个鞣花酸配体；当前重复结构单元的bi原子通过与相邻重复结构单元中鞣花酸配体的o原子形成bi-o键，实现一维链接。

4、进一步地，所述铋金属有机框架单晶材料属于三斜晶系、空间群，晶胞参数为α＝118.178°，β＝108.050°，γ＝12.318°，晶胞体积为晶体密度dc＝1.830g/cm3，单胞中不对称单元z＝2。

5、进一步地，所述铋金属有机框架单晶材料呈黄色菱柱状，单晶尺寸为微米级。

6、进一步地，所述铋金属有机框架单晶材料在b轴方向存在不规则孔道，孔道最窄与最宽处尺寸分别为和

7、进一步地，在不规则孔道中填充有游离未配位的n-甲基吡咯烷酮。

8、本发明还提供了铋金属有机框架单晶材料的制备方法，包括以下步骤：

9、步骤1、将鞣花酸和金属盐按照1:2的摩尔比例混合，得到混合物；

10、步骤2、将混合物加入n-甲基吡咯烷酮中，得到鞣花酸浓度为22mm的混合溶液；

11、步骤3、对混合溶液进行超声处理，得到混合均匀的棕色悬浊液；

12、步骤4、将棕色悬浊液以0.025℃/min的升温速率，升温至70℃反应29h，再以0.026℃/min的降温速率，降温至30℃，最终晶体析出得到铋金属有机框架单晶材料。

13、进一步地，所述金属盐为硝酸铋或五水合硝酸铋。

14、本发明的有益效果为：

15、本发明提出了一种铋金属有机框架单晶材料，具有多孔、高比面积、结构稳定和无毒无害等优点，在气体分离、药物载体、催化以及降解有机物等领域具有广阔的应用前景；此外，采用植物中存在的天然多酚(鞣花酸)为有机配体，相比于其它mofs材料，没有繁重且高成本的有机合成制备配体环节，减少了制备成本和有机污染的排放，制备方法操作简单，反应条件温和，成本低，产率高，生产周期短，有利于工业化的生产与应用，对于拓宽mofs材料的产业应用具有重要的意义。

技术特征：

1.一种铋金属有机框架单晶材料，其特征在于，具有由一维链状聚合结构堆积而成的三维超分子框架结构，所述一维链状聚合结构由若干重复结构单元依次链接而成；所述重复结构单元以呈七配位戴帽八面体的空间配位构型的三价铋为金属节点，在金属节点周围连接2个n-甲基吡咯烷酮配体、1个硝酸根配体和1个鞣花酸配体；当前重复结构单元的bi原子通过与相邻重复结构单元中鞣花酸配体的o原子形成bi-o键，实现一维链接。

2.根据权利要求1所述铋金属有机框架单晶材料，其特征在于，所述铋金属有机框架单晶材料属于三斜晶系、空间群，晶胞参数为α＝118.178°，β＝108.050°，γ＝12.318°，晶胞体积为晶体密度dc＝1.830g/cm3，单胞中不对称单元z＝2。

3.根据权利要求1所述铋金属有机框架单晶材料，其特征在于，所述铋金属有机框架单晶材料呈黄色菱柱状，单晶尺寸为微米级。

4.根据权利要求1所述铋金属有机框架单晶材料，其特征在于，所述铋金属有机框架单晶材料在b轴方向存在不规则孔道，孔道最窄与最宽处尺寸分别为和

5.根据权利要求4所述铋金属有机框架单晶材料，其特征在于，在不规则孔道中填充有游离未配位的n-甲基吡咯烷酮。

6.一种铋金属有机框架单晶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述铋金属有机框架单晶材料的制备方法，其特征在于，所述金属盐为硝酸铋或五水合硝酸铋。

技术总结
本发明公开的一种铋金属有机框架单晶材料及其制备方法，属于金属有机框架材料制备技术领域，具有由一维链状聚合结构堆积而成的三维超分子框架结构，一维链状聚合结构由若干重复结构单元依次链接而成；重复结构单元以呈七配位戴帽八面体的空间配位构型的三价铋为金属节点，在金属节点周围连接2个N‑甲基吡咯烷酮配体、1个硝酸根配体和1个鞣花酸配体；当前重复结构单元的Bi原子通过与相邻重复结构单元中鞣花酸配体的O原子形成Bi‑O键，实现一维链接。本发明提出的铋金属有机框架单晶材料具有多孔、高比面积、结构稳定和无毒无害等优点，在气体分离、药物载体、催化以及降解有机物等领域具有广阔的应用前景。

技术研发人员：夏川,李成博
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16