3,6-咔唑二羧酸基MOFs的合成、结构及质子导电性质研究

发布时间：2020-03-20 06:17

【摘要】：固态质子导电材料在燃料电池中有着广泛的应用前景,现已成为研究的热点。MOFs材料有着高结晶性,结构和性质的可调性,已成为一类新的质子传导材料。其中阴离子型In3+-MOFs材料,大都在孔道中存在利于提升质子导电性的[(CH3)2NH2]+阳离子。3,6-咔唑二甲酸(H2cdc),有着独特的平面结构,两个羧基之间夹角为90°,同时结构中存在N-H功能位点,使用其构筑的MOFs材料展现出结构的多样性与性能的优异性。本论文旨在构筑阴离子型In3+-MOFs,以3,6-咔唑二甲酸为主,构筑一系列In3+-MOFs材料。使用混配体策略,选择三个结构不同的第二配4,4'-联苯二甲酸、1,4-苯二甲酸和1,4-环己二甲酸参与构筑In3+-MOFs(FJU-302,FJU-303,FJU-304),以调控由单一咔唑二甲酸构筑In3+-MOFs(FJU-301)的质子导电性。第二配体的使用并没有改变单核金属铟和羧基螯合配位的方式,只是改变了材料的结构,使之从三维二重穿插结构变为二维层状结构。化合物FJU-303在在无水条件和70℃时导电率可达最高值9.72× 10-4 S cm-1。导电率的比较关系如下:FJU-303FJU-302FJU-301FJU-304。使用1,3,5-均苯三甲酸作为模板剂参与合成反应,得到仅由咔唑二甲酸构筑的手性化合物MROF-30。该化合物有着如下突出的结构特征:1)结构中存在一条罕见的三重螺旋金属氧链,其螺距为21.3704A,螺孔径为10.7713 A;2)首例通过金属有机连接体桥联螺旋金属氧链而形成3D框架,其孔径为42.5210A。使用涂覆混合基质膜的方法,以提升化合物MROF-30的稳定性,所制备的薄膜在90%RH和70℃条件下导电率可达最高值4.62×10-25 cm-1,且MROF-30结构保持完整。
【图文】：

图０－２１邋Ｖｅｈｉｃｌｅ型机理。逡逑Ｆｉｇ．０－２１邋Ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｐｒｏｔｏｎ邋ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋Ｖｅｈｉｃｌｅ邋Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ．逡逑０．３．２提升质子传导的方法逡逑在环境温度下，要提高材料的水合质子传导需将酸性物质作为质子载体引入逡逑ＭＯＦｓ结构中。如图０－２２１４２】所示为将酸性物质引入ＭＯＦｓ以提高ＭＯＦｓ／ＣＰｓ导电逡逑的三种策略。第一种，将质子载体子引入到结构空腔内，如水分子、铵根、硫酸根逡逑等；第二种，骨架修饰功能性基团；第三种，将电中性质子载体混入到ＭＯＦｓ结构逡逑中，如三氮唑、咪唑等。逡逑ｔｙｐｅ邋Ｉ邋（ｃｏｕｎｌｅｉ邋ｉｏｎｓｉ逦ｔｙｐｅ邋ＩＩＩ邋（ｍｏｉｅｃｕｔａｒ邋ｍｄｕｓｉｏｎ）逡逑Ｉｆ—二－ｉ」，逡逑

ｌ邋５．７６０４Ａ逦ＦＪＵ－３０４逡逑图１－２邋（ａ）配体对苯二羧酸示意图；（ｂ）化合物ＦＪＵ－３０３配位环境；（ｃ）配体环己二羧逡逑酸示意图；（ｄ）化合物ＦＪＵ－３０４配位环境。逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ邋ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ邋ｏｆ邋ＦＪＵ－３０３邋ａｎｄ邋ＦＪＵ－３０４．逡逑－３６－逡逑
【学位授予单位】：福建师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O641.4;TM911.4

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本文编号：2591385