易剥离镍基二维金属-有机框架晶态材料的制备、结构及表征

doi:10.12422/j.issn.1006-396X.2024.03.009

摘要/Abstract

摘要：

二维金属-有机框架纳米片是一类新兴的二维材料，其与块体材料相比具有更多可暴露的活性位点、快速的质子或电子传递等优点。制备易剥离的二维金属-有机框架纳米片的前驱体，即二维金属-有机框架晶态材料是当前的一大挑战。以廉价且毒性较小的乙醇为反应介质、均苯三甲酸和N-基咪唑为共同配体，通过简单的一锅法制备了结构新颖的镍基二维金属-有机框架晶态材料Ni(C₉H₃O₆)(C₄H₆N₂)₂·0.6(C₂H₅OH)（1）和Ni₃(C₉H₃O₆)₃(C₅H₈N₂)₆·3.25(C₂H₅OH)（2），并对其进行了相关表征和剥离。实验中采用的反应介质乙醇毒性小、价格低廉、对环境污染性小且可循环利用，符合绿色化学的发展要求。该制备方法可为设计合成易剥离二维金属-有机框架晶态材料提供借鉴。

关键词: 二维金属-有机框架, 绿色合成, 材料剥离

Abstract:

The two-dimensional metal-organic framework nanosheets represent a novel class of two-dimensional materials, featuring a more exposed active site,rapid proton or electron transfer,and other advantages than bulk materials.It is a major challenge to prepare two-dimensional metal-organic framework crystalline materials that are easy to peel off into two-dimensional metal-organic nanosheets at present.In this paper,two novel nickel based two-dimensional metal organic framework crystalline materials Ni(C₉H₃O₆)(C₄H₆N₂)₂·0.6(C₂H₅OH)(1) and Ni₃(C₉H₃O₆)₃(C₅H₈N₂)₆·3.25(C₂H₅OH)(2),were prepared by a simple one-pot method using cheap and less toxic ethanol as the reaction medium,trimesic acid and N-imidazole as common ligands,and characterized and exfoliated.The reaction medium used in the experiment,ethanol,is less toxic, cheap, less polluting to the environment,and can be recycled,which meets the requirements of green chemistry.This shed light on the design and synthesis of crystalline peelable two-dimensional metal-organic framework crystal materials.

Key words: Two-dimensional metal-organic framework, Green synthesis, Material stripping

中图分类号:

TQ426

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图/表 9

图1 化合物的合成及剥离示意图

Fig.1 The schematic diagram of synthesis and stripping of compounds

表1 化合物1和2的晶体学数据

Table 1 Crystal data of compounds 1 and 2

参数	数值
参数	化合物1	化合物2
分子式	C_18.2H_18.6N₄NiO_6.6	C_63.5H_76.5N₁₂Ni₃O_21.25
相对分子质量	457.68	1 523.99
测试温度/K	273.0	273.0
波长/nm	0.071 073	0.071 070
晶系	三方	单斜
空间群	R-3 c	C2/c
a/nm	1.662 15（9）	2.898 30（2）
b/nm	1.662 15（9）	1.658 06(15)
c/nm	4.364 30（3）	1.560 94(15)
α/（º）	90	90
β/（º）	90	108
γ/（º）	120	90
体积/nm³	10.442 0(13)	7.112 6(11)
理论密度/(g·cm^-3)	181.310	41.369
吸收系数/mm^-1	0.88	0.86
收集/独立衍射数据	27 404/2 073（R_int=0.027）	49 865/6 287（R_int=0.04）
基于F²精修的吻合因子	1.058	1.039
可观察衍射的吻合因子	R₁=0.072，wR₂=0.229	R₁=0.049，wR₂=0.114

图2 化合物1的结构图

Fig.2 Structure diagram of compound 1

图3 化合物2的结构图

Fig.3 Structure diagram of compound 2

图4 化合物1和2的PXRD谱图

Fig.4 The PXRD spectra of compounds 1 and 2

图5 化合物1和2的 FT-IR光谱

Fig.5 The FT-IR spectra of compounds 1 and 2

图6 化合物1和2的热重曲线

Fig.6 Thermogravimetric curves of compounds 1 and 2

图7 化合物1和2的SEM图

Fig.7 The SEM images of compounds 1 and 2

图8 化合物1和2的丁达尔效应

Fig.8 The Tyndall effect of compounds 1 and 2

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