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一种W-S-Cu簇基金属有机框架晶体材料、制备方法及其应用   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2021-01-08
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2021-05-07
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2022-02-22
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2041-01-08
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN202110021073.9 申请日 2021-01-08
公开/公告号 CN112679750B 公开/公告日 2022-02-22
授权日 2022-02-22 预估到期日 2041-01-08
申请年 2021年 公开/公告年 2022年
缴费截止日
分类号 C08G83/00G02F1/355 主分类号 C08G83/00
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 8
权利要求数量 9 非专利引证数量 0
引用专利数量 0 被引证专利数量 0
非专利引证
引用专利 被引证专利
专利权维持 2 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 江南大学 当前专利权人 江南大学
发明人 张金方、相前、邱晴霞 第一发明人 张金方
地址 江苏省无锡市滨湖区蠡湖大道1800号 邮编 214122
申请人数量 1 发明人数量 3
申请人所在省 江苏省 申请人所在市 江苏省无锡市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
南京禹为知识产权代理事务所 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
康伟
摘要
本发明公开了一种W‑S‑Cu簇基金属有机框架晶体材料、制备方法及其应用,所述金属有机框架晶体材料化学式为{[NH4][WS4Cu4(dpypy)Cu(CN)4]·DMF}n,其中,dpypy为3,5‑双(4‑吡啶基)‑吡啶;DMF为N,N‑二甲基甲酰胺;本发明还提供了所述金属有机框架晶体材料的制备方法,采用四硫代钨酸铵作为钨源和硫源,氰化亚铜作为铜源,将钨源、硫源、铜源和3,5‑双(4‑吡啶基)‑吡啶在N,N‑二甲基甲酰胺溶剂中反应、结晶得到本发明的金属有机框架晶体材料。本发明的合成方法简单,材料产率高,纯度高,所制备的金属有机框架晶体材料具有强的三阶非线性性能。
  • 摘要附图
    一种W-S-Cu簇基金属有机框架晶体材料、制备方法及其应用
  • 说明书附图:图1
    一种W-S-Cu簇基金属有机框架晶体材料、制备方法及其应用
  • 说明书附图:图2
    一种W-S-Cu簇基金属有机框架晶体材料、制备方法及其应用
  • 说明书附图:图3
    一种W-S-Cu簇基金属有机框架晶体材料、制备方法及其应用
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2022-02-22 授权
2 2021-05-07 实质审查的生效 IPC(主分类): C08G 83/00 专利申请号: 202110021073.9 申请日: 2021.01.08
3 2021-04-20 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种W‑S‑Cu簇基金属有机框架晶体材料,其特征在于:具有如式(Ⅰ)所示的化学式;
{[NH4][WS4Cu4(dpypy)Cu(CN)4]·DMF}n   (Ⅰ);
其中,dpypy 为 3,5‑双(4‑吡啶基)‑吡啶;
DMF为N,N‑二甲基甲酰胺;
所述金属有机框架晶体材料的晶系为单斜晶系;空间群为P21/n;晶胞参数为:a = 
14.0993(17) Å,b = 23.159(3) Å,c = 15.637(2) Å,α = 90°,β = 100.586(4)°,γ = 
90°。

2.如权利要求1所述的W‑S‑Cu簇基金属有机框架晶体材料的制备方法,其特征在于:包括,
将钨源、硫源、铜源和3,5‑双(4‑吡啶基)‑吡啶在N,N‑二甲基甲酰胺溶剂中反应、结晶,得到金属有机框架晶体材料。

3.如权利要求2所述的W‑S‑Cu簇基金属有机框架晶体材料的制备方法,其特征在于:所述钨源和硫源为四硫代钨酸铵;所述铜源为氰化亚铜。

4.如权利要求3所述的W‑S‑Cu簇基金属有机框架晶体材料的制备方法,其特征在于:所述四硫代钨酸铵、所述氰化亚铜和所述3,5‑双(4‑吡啶基)‑吡啶的摩尔比为1 : 2 4 : 0.5~
1.5。
~

5. 如权利要求3或4所述的W‑S‑Cu簇基金属有机框架晶体材料的制备方法,其特征在于:所述N,N‑二甲基甲酰胺溶剂与所述四硫代钨酸铵的比例为2 6 mL : 0.1 mmol。
~

6.如权利要求5所述的W‑S‑Cu簇基金属有机框架晶体材料的制备方法,其特征在于:所述制备方法具体包括,
将四硫代钨酸铵、氰化亚铜和硫氰酸铵加入到N,N‑二甲基甲酰胺溶剂中搅拌,制得橙色溶液;
将3,5‑双(4‑吡啶基)‑吡啶加入所述橙色溶液中溶解,得到反应溶液;
将所述反应溶液过滤,加入缓冲液至滤液上层,加入扩散剂至缓冲液上层,经结晶、过滤、洗涤、干燥,得到金属有机框架晶体材料。

7.如权利要求6所述的W‑S‑Cu簇基金属有机框架晶体材料的制备方法,其特征在于:所述缓冲液为N,N‑二甲基甲酰胺;所述缓冲液与所述四硫代钨酸铵的比例为0.2 0.5 mL : ~
0.1 mmol。

8.如权利要求6或7所述的W‑S‑Cu簇基金属有机框架晶体材料的制备方法,其特征在于:所述扩散剂包括甲醇、乙醇、异丙醇、乙腈中的一种;所述扩散剂与所述四硫代钨酸铵的比例为4 10 mL : 0.1 mmol。
~

9.如权利要求1所述的W‑S‑Cu簇基金属有机框架晶体材料作为非线性光学材料在制备非线性光学器件中的应用。
说明书

技术领域

[0001] 本发明属于金属有机框架材料技术领域,具体涉及到一种W‑S‑Cu簇基金属有机框架晶体材料、制备方法及其应用。

背景技术

[0002] 目前非线性光学材料已被广泛应用于光信息处理、光存储、光计算及激光仪器、激光医疗等领域。非线性光学材料的发展一直以高的非线性光学系数、快的光学非线性响应、好的材料稳定性为目标,并在无机、有机、无机‑有机杂化非线性光学材料等领域展开了广泛而深入的研究。
[0003] 无机晶体是最早被研究的非线性光学材料,且已被应用于器件的研制中,但无机非线性光学材料响应时间长,制备工艺较困难,可选择种类单一,易潮解等缺点限制了它的应用。近年来,有机化合物材料的三阶非线性光学性质成为了研究的热点,文献中报道的材料有聚硫苯、二茂铁衍生物等共扼有机聚合物、富勒烯、半导体和原子簇化合物等。有机分子、高聚物非线性光学材料因具有非线性光学系数大,透光波长范围宽,本征开关时间短,光学损伤阈值高,加工性能好等优点而受到科学研究者们的关注,但是却具有热稳定性差、合成复杂等缺点。
[0004] 金属‑有机框架(MOFs)由于其配体的多样性和结构的可设计性而成为典型的代表。MOFs是由金属团簇和有机配体通过配位键连接而成,具有稳定性好、生物相容性好、孔隙率高、发光位点多等优点,广泛应用于气体吸附分离、生物传感、药物负载和激光等领域,MOFs克服了许多无机化合物固有的缺点,并且由于其可变的有机配体,通过选择合适的配体并形成合适的配位结构来构建非中心对称结构是可行的。因此如何构建一种具有良好三阶非线性性能的MOFs材料值得重点研究。

发明内容

[0005] 本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊,而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
[0006] 鉴于上述和/或现有技术中存在的问题,提出了本发明。
[0007] 为解决上述技术问题,本发明提供了如下技术方案:一种W‑S‑Cu簇基金属有机框架晶体材料,具有如式(Ⅰ)所示的化学式;
[0008] {[NH4][WS4Cu4(dpypy)Cu(CN)4]·DMF}n   (Ⅰ);
[0009] 其中,dpypy为3,5‑双(4‑吡啶基)‑吡啶;
[0010] DMF为N,N‑二甲基甲酰胺。
[0011] 作为本发明W‑S‑Cu簇基金属有机框架晶体材料的一种优选方案,其中:所述金属有机框架晶体材料的晶系为单斜晶 系;空间群为P21/n;晶胞参数为:α=90°,β=100.586(4)°,γ=90°。
[0012] 本发明的另一个目的是提供一种W‑S‑Cu簇基金属有机框架晶体材料的制备方法,包括,
[0013] 将钨源、硫源、铜源和3,5‑双(4‑吡啶基)‑吡啶在N,N‑二甲基甲酰胺溶剂中反应、结晶得到本发明的金属有机框架晶体材料。
[0014] 作为本发明W‑S‑Cu簇基金属有机框架晶体材料的制备方法的一种优选方案,其中:所述钨源和硫源为四硫代钨酸铵;所述铜源为氰化亚铜。
[0015] 作为本发明W‑S‑Cu簇基金属有机框架晶体材料的制备方法的一种优选方案,其中:所述四硫代钨酸铵、所述氰化亚铜和所述3,5‑双(4‑吡啶基)‑吡啶的摩尔比为1:2~4:0.5~1.5。
[0016] 作为本发明W‑S‑Cu簇基金属有机框架晶体材料的制备方法的一种优选方案,其中:所述N,N‑二甲基甲酰胺溶剂与所述四硫代钨酸铵的比例为2~6mL:0.1mmol。
[0017] 作为本发明W‑S‑Cu簇基金属有机框架晶体材料的制备方法的一种优选方案,其中:所述制备方法具体包括,
[0018] 将四硫代钨酸铵、氰化亚铜和硫氰酸铵加入到N,N‑二甲基甲酰胺溶剂中搅拌,制得橙色溶液;
[0019] 将3,5‑双(4‑吡啶基)‑吡啶加入所述橙色溶液中溶解,得到反应溶液;
[0020] 将所述反应溶液过滤,加入缓冲液至滤液上层,加入扩散剂至缓冲液上层,经结晶、过滤、洗涤、干燥,得到本发明的金属有机框架晶体材料。
[0021] 作为本发明W‑S‑Cu簇基金属有机框架晶体材料的制备方法的一种优选方案,其中:所述四硫代钨酸铵与所述硫氰酸铵的摩尔比为1:2~4;硫氰酸铵的添加目的是促进溶解,最终产物中没有硫氰酸根。
[0022] 作为本发明W‑S‑Cu簇基金属有机框架晶体材料的制备方法的一种优选方案,其中:所述缓冲液为N,N‑二甲基甲酰胺;所述缓冲液与所述四硫代钨酸铵的比例为0.2~0.5mL:0.1mmol。
[0023] 作为本发明W‑S‑Cu簇基金属有机框架晶体材料的制备方法的一种优选方案,其中:所述扩散剂包括甲醇、乙醇、异丙醇、乙腈中的一种;所述扩散剂与所述四硫代钨酸铵的比例为4~10mL:0.1mmol。
[0024] 本发明的另一个目的是提供一种W‑S‑Cu簇基金属有机框架晶体材料作为非线性光学材料在制备非线性光学器件中的应用。
[0025] 与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
[0026] (1)本发明金属有机框架晶体材料的制备采用分层扩散法,合成路线简单、容易控制;(2)本发明金属有机框架晶体材料的纯度高,产率高;(3)本发明金属有机框架晶体材料‑28具有强的三阶非线性性能,计算其二阶超极化率为3.4×10 esu。

实施方案

[0031] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
[0032] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0033] 其次,此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例,也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
[0034] 实施例1
[0035] (1)将0.1mmol四硫代钨酸铵、0.3mmol氰化亚铜和0.3mmol硫氰酸铵加入到3mL N,N‑二甲基甲酰胺溶剂中搅拌制得橙色溶液;
[0036] (2)将0.05mmol 3,5‑双(4‑吡啶基)‑吡啶加入制得的橙色溶液中充分搅拌溶解,得到反应溶液;
[0037] (3)将制得的反应溶液过滤到结晶管中,缓慢加0.2mL N,N‑二甲基甲酰胺作为缓冲剂到滤液上层,然后加6ml乙腈作为扩散层到缓冲层上层后密封,经结晶、过滤、洗涤、干燥即得到金属有机框架晶体材料,产率为32%。
[0038] 如图1所示,为本发明所制备的金属有机框架晶体材料的三维结构图。由晶体结构2+ +
分析可以看出:五核簇[WS4Cu4] 分别通过单个氰基桥和吡啶基与Cu建筑单元相连和3,5‑双(4‑吡啶基)‑吡啶连接形成一个平面网络;这些平面网络由双氰基桥支撑,形成带有六边形孔道的三维柱状结构。
[0039] 对实施例1所得到的金属有机框架晶体材料进行晶体结构测定,方法为:在显微镜下选取合适大小的上述制备的金属有机框架材料单晶,在单晶衍射仪上用经石墨单色器单色化的Mo‑Kα射线,温度为150K,收集衍射数据;所有衍射数据使用SADABS程序进行吸收校正;晶胞参数用最小二乘法确定;数据还原和结构解析分别使用APEX3和SHELXTL程序完成。先用差值函数法和最小二乘法确定全部非氢原子坐标,并用理论加氢法得到主体骨架的氢原子位置,然后用最小二乘法对晶体结构进行精修。本申请制备的金属有机框架晶体材料的晶体学衍射点数据收集与结构精修的部分参数见下表1:
[0040] 表1
[0041]
[0042]
[0043] 利用软件和单晶解析的结果模拟出理论计算的晶体材料{[NH4][WS4Cu4(dpypy)Cu(CN)4]·DMF}n的粉末X‑射线衍射衍射图样,再将实施例1制备的金属有机框架晶体材料通过粉末测试仪器测试。通过模拟和实验的粉末衍射图谱的对比来检测样品的纯度及均匀性。结果如图2所示,本发明所制备的晶体材料{[NH4][WS4Cu4(dpypy)Cu(CN)4]·DMF}n的粉末X‑射线衍射衍射图样与理论计算的X‑射线衍射图样基本一致,说明本发明所制备的晶体材料具有很高的纯度。
[0044] 对实施例1所得到的金属有机框架晶体材料进行三阶非线性性能测定,方法为:将‑4 ‑1浓度为1.0×10 mol L 的晶体N,N‑二甲基甲酰胺溶液放入5mm石英比色皿中,使用Nd:YAG激光器产生的532nm、4ns激光进行非线性光学测量。结果如图3所示,实体方块为实验数据,实线为理论拟合数据;其中,(a)为使用532nm、4ns激光开孔Z‑扫描实验结果;(b)为使用
532nm、4ns激光闭孔Z‑扫描实验结果。图3的试验结果计算实施例1所得到的金属有机框架‑28
晶体材料的二阶超极化率为3.4×10 esu,显示该晶体材料具有强的三阶非线性光学吸收、折射性能。
[0045] 实施例2
[0046] (1)将0.1mmol四硫代钨酸铵、0.35mmol氰化亚铜和0.35mmol硫氰酸铵加入到3mL N,N‑二甲基甲酰胺溶剂中搅拌制得橙色溶液;
[0047] (2)将0.05mmol 3,5‑双(4‑吡啶基)‑吡啶加入制得的橙色溶液中充分搅拌溶解,得到反应溶液;
[0048] (3)将制得的反应溶液过滤到结晶管中,缓慢加0.2mL N,N‑二甲基甲酰胺作为缓冲剂到滤液上层,然后加6ml乙腈作为扩散层到缓冲层上层后密封,经结晶、过滤、洗涤、干燥即得到金属有机框架晶体材料,产率为30%。
[0049] 实施例3
[0050] (1)将0.1mmol四硫代钨酸铵、0.3mmol氰化亚铜和0.3mmol硫氰酸铵加入到3mL N,N‑二甲基甲酰胺溶剂中搅拌制得橙色溶液;
[0051] (2)将0.05mmol 3,5‑双(4‑吡啶基)‑吡啶加入制得的橙色溶液中充分搅拌溶解,得到反应溶液;
[0052] (3)将制得的反应溶液过滤到结晶管中,缓慢加0.5mL N,N‑二甲基甲酰胺作为缓冲剂到滤液上层,然后加8ml乙腈作为扩散层到缓冲层上层后密封,经结晶、过滤、洗涤、干燥即得到金属有机框架晶体材料,产率为31%。
[0053] 实施例4
[0054] (1)将0.1mmol四硫代钨酸铵、0.35mmol氰化亚铜和0.35mmol硫氰酸铵加入到3mL N,N‑二甲基甲酰胺溶剂中搅拌制得橙色溶液;
[0055] (2)将0.1mmol 3,5‑双(4‑吡啶基)‑吡啶加入制得的橙色溶液中充分搅拌溶解,得到反应溶液;
[0056] (3)将制得的反应溶液过滤到结晶管中,缓慢加0.2mL N,N‑二甲基甲酰胺作为缓冲剂到滤液上层,然后加6ml乙腈作为扩散层到缓冲层上层后密封,经结晶、过滤、洗涤、干燥即得到金属有机框架晶体材料,产率为28%。
[0057] 实施例5
[0058] (1)将0.1mmol四硫代钨酸铵、0.3mmol氰化亚铜和0.3mmol硫氰酸铵加入到3mL N,N‑二甲基甲酰胺溶剂中搅拌制得橙色溶液;
[0059] (2)将0.1mmol 3,5‑双(4‑吡啶基)‑吡啶加入制得的橙色溶液中充分搅拌溶解,得到反应溶液;
[0060] (3)将制得的反应溶液过滤到结晶管中,缓慢加0.2mL N,N‑二甲基甲酰胺作为缓冲剂到滤液上层,然后加6ml异丙醇作为扩散层到缓冲层上层后密封,经结晶、过滤、洗涤、干燥即得到金属有机框架晶体材料,产率为29%。
[0061] 应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

附图说明

[0027] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。其中:
[0028] 图1为本发明所制备的金属有机框架晶体材料的三维结构图;
[0029] 图2为本发明所制备的金属有机框架晶体材料的粉末X‑射线衍射谱图;
[0030] 图3为本发明所制备的金属有机框架晶体材料的三阶非线性性能测量结果;其中,(a)为使用532nm、4ns激光开孔Z‑扫描实验结果;(b)为使用532nm、4ns激光闭孔Z‑扫描实验结果。
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