首页 > 专利 > 宁波大学 > 具有自旋交叉性质的框架材料及其制备方法和应用专利详情

具有自旋交叉性质的框架材料及其制备方法和应用   0    0

有效专利 查看PDF
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。
2017-10-16
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。
2018-05-25
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。
2021-02-19
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。
2037-10-16
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201710958374.8 申请日 2017-10-16
公开/公告号 CN107973913B 公开/公告日 2021-02-19
授权日 2021-02-19 预估到期日 2037-10-16
申请年 2017年 公开/公告年 2021年
缴费截止日
分类号 C08G83/00 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 9
权利要求数量 10 非专利引证数量 1
引用专利数量 0 被引证专利数量 0
非专利引证 1、CN 101712695 A,2010.05.26CN 103145765 A,2013.06.12Kalle I. Na1ttinen et al.《.LigandEntrapment in Twofold InterpenetratingPtS Matrixes by Metallo-OrganicFrameworks》《.Inorganic Chemistry》.2003,第42卷(第17期),第5126-5134页.;
引用专利 被引证专利
专利权维持 5 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 宁波大学 当前专利权人 宁波大学
发明人 李佳、李砚硕 第一发明人 李佳
地址 浙江省宁波市江北区风华路818号 邮编 315211
申请人数量 1 发明人数量 2
申请人所在省 浙江省 申请人所在市 浙江省宁波市
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。
宁波奥圣专利代理有限公司 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。
程晓明
摘要
具有自旋交叉性质的框架材料及其制备方法和应用,所述材料的化学式为C91H72Fe2N16O24S4,Mr=2013.63g·mol‑1,正方晶系,空间群P42/n.T=250K时,晶胞参数为a=13.9160(17),b=13.9160(17),T=106K时,晶胞参数为a=13.8547(4),b=13.8547(4),该材料中既保留了MOFs的结构多样性的优点,又具有SCO体系的电子转移能力,具有明显的自旋交叉性能;该材料对于外界压力比较敏感,是一种理想的功能材料,具有作为信息存储、分子开关或药学诊断等材料的潜在应用价值。
  • 摘要附图
    具有自旋交叉性质的框架材料及其制备方法和应用
  • 说明书附图:图1
    具有自旋交叉性质的框架材料及其制备方法和应用
  • 说明书附图:图2
    具有自旋交叉性质的框架材料及其制备方法和应用
  • 说明书附图:图3
    具有自旋交叉性质的框架材料及其制备方法和应用
  • 说明书附图:图4
    具有自旋交叉性质的框架材料及其制备方法和应用
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2021-02-19 授权
2 2018-05-25 实质审查的生效 IPC(主分类): C08G 83/00 专利申请号: 201710958374.8 申请日: 2017.10.16
3 2018-05-01 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.具有自旋交叉性质的框架材料,其特征在于,所述材料的化学式为C91H72Fe2N16O24S4,Mr=2013.63g·mol-1,正方晶系,空间群P42/n.T=250K时,晶胞参数为a=13.9160(17) Å ,b=13.9160(17) Å , T=106K时,晶胞参数为

2.根据权利要求1所述的具有自旋交叉性质的框架材料,其特征在于,所述材料的晶胞中的分子个数Z=2;晶胞体积在250K时, 在106K时,

3.根据权利要求1所述的具有自旋交叉性质的框架材料,其特征在于,所述材料是具有PtS构型的二重穿插三维化合物。

4.根据权利要求1所述的具有自旋交叉性质的框架材料,其特征在于,所述材料的热重分析曲线在300±10℃处有失重峰。

5.权利要求1所述的具有自旋交叉性质的框架材料的制备方法,包括如下步骤:
将亚铁盐、硫氰酸钾和抗坏血酸加入至甲醇中,搅拌过滤除去沉淀;所得滤液与TINM在甲醇中于室温条件下反应得到红色晶体,即所述具有自旋交叉性质的框架材料,其中所述的TINM是具有式I结构的有机配体:


6.根据权利要求 5所述的制备方法,其特征在于,所述的亚铁盐、硫氰酸钾、抗坏血酸和TINM的投料摩尔按照亚铁离子:硫氰酸钾:抗坏血酸:TINM=1:2~4:0.025~0.1:0.2~
0.35。

7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)将亚铁盐、硫氰酸钾、抗坏血酸加入到甲醇溶液中,搅拌过滤除去沉淀;
(2)容器中从下至上依次缓慢注入液层i、液层ii和液层iii,静置直至液层ii有红色透亮的晶体析出:其中:
液层i是步骤(1)的滤液与水按照体积比1:0.5~2的混合物;
液层ii是甲醇;
液层iii是TINM的甲醇溶液;
液层i、ii和iii的体积比为1:0.5~1:1~2。

8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述亚铁盐与液层i的比例为1mmol:
20~40ml;所述液层iii中TINM与甲醇的比例为1mmol:60~120ml。

9.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述的亚铁盐选自硫酸亚铁、高氯酸亚铁或其混合物。

10.权利要求1所述的具有自旋交叉性质的框架材料在制备信息存储材料、分子开关材料或药学诊断材料中的应用。
说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及功能性晶体材料及其制备和用途。

背景技术

[0002] 在过去的几十年里,具有3d4-3d7电子构型的过渡金属离子的高低自旋间的交叉(spin-crossover,SCO)现象在配位化学领域已经受到广泛的关注。电活性的自旋交叉化合物(一般为八面体的Fe(II)和Fe(III)化合物)可用作双稳态材料,其结构、颜色、光学或磁性质会因外界刺激比如热、压力以及磁场的变化或光激发而发生显著的变化。因此交叉化合物是一种理想的功能材料,具有作为信息存储、分子开关或药学诊断等材料的潜在应用价值。
[0003] 在延展体系中通过桥联配体的活性配位点之间的直接连接可能会促进SCO中心之间的相互作用,因此越来越多的高维配位化合物受到人们的关注。更要说明的是,这类框架材料不仅包括不同的短程或者长程相互作用,更体现出一些迷人的性质,比如:模块性、选择性以及可逆的吸附、脱附性。然而,较高维数的配位化合物的形成受多方面因素的影响,要获得预期的拓扑结构更是一个巨大的挑战。就这一点而言,设计和选择合适的具有可修饰的主干和较多的连接点的有机连接配体是一种较好的获得预期结构和性质的新型框架结构的方法。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一类功能性晶体材料。
[0005] 首先,本发明公开一类具有自旋交叉性质的框架材料,所述材料的化学式为C91H72Fe2N16O24S4,Mr=2013.63g·mol-1,正方晶系,空间群P42/n.T=250K时,晶胞参数为a=13.9160(17),b=13.9160(17), T=106K时,晶胞参数为a=13.8547(4),b=13.8547(4),
[0006] 进一步,本发明公开上述具有自旋交叉性质的框架材料的制备方法,包括如下步骤:将亚铁盐、硫氰酸钾和抗坏血酸加入至甲醇中,搅拌过滤除去沉淀;所得滤液与TINM在甲醇中于室温条件下反应得到红色晶体,即所述具有自旋交叉性质的框架材料。
[0007] 其中所述及的TINM(tetrakis(isonicotinoxymethyl)methane)是具有式I结构的有机配体:
[0008]
[0009] 上述获得的具有自旋交叉性质的框架材料以灵活的多齿桥连配体TINM来合成SCOFs(spin-crossover complexes with metal-organic frameworks)化合物。所获得的新的材料化合物中既保留了MOFs(metal-organic frameworks)的结构多样性的优点,又具有SCO体系的电子转移能力,在变温区间具有明显的自旋交叉性能;同时,压力测试表明该材料对于外界压力比较敏感,是一种理想的功能材料,具有作为信息存储、分子开关或药学诊断等材料的潜在应用价值。并且所获得的产品有极强的稳定性,热稳定性好。相应该化合物的制备方法利用Fe2+和TINM,通过简单的工艺即制得三维自旋交叉框架化合物。合成方法简便快捷、易于操作,设备需要求不高具有优异的产业应用前景。

实施方案

[0019] 本发明以调节Fe2+和TINM的配位为手段,制备具有自旋交叉性质的三维框架材料。所述制备方法包括将亚铁盐、硫氰酸钾和抗坏血酸加入至甲醇中,搅拌过滤除去沉淀;所得滤液与TINM在甲醇中于室温条件下反应的步骤。反应完成所得到红色晶体,即本发明的具有自旋交叉性质的框架材料。
[0020] 其中所述TINM是具有式I结构的有机配体
[0021]
[0022] 更为具体地,所述制备过程中,亚铁盐、硫氰酸钾、抗坏血酸和TINM的投料摩尔比按照亚铁离子:硫氰酸钾:抗坏血酸:TINM=1:2~4:0.025~0.1:0.2~0.35。
[0023] 更为具体的实施方式中,所述的制备方法包括如下步骤:
[0024] (1)将铁盐、硫氰酸钾、抗坏血酸加入到甲醇溶液中,搅拌过滤除去沉淀;
[0025] 其中的亚铁盐优选硫酸亚铁、高氯酸亚铁或其混合物。
[0026] (2)容器中从下至上依次缓慢注入液层i、液层ii和液层iii,静置2-3天直至液层ii有红色透亮的晶体沿着容器壁析出:其中:
[0027] 液层i是步骤(1)的滤液与水按照体积比1:0.5~2的混合物;优选按照亚铁盐与液层i比之为1mmol:20~40ml来设定物料的使用量;
[0028] 液层ii是甲醇;
[0029] 液层iii是TINM的甲醇溶液,优选使用TINM与甲醇按照1mmol:60~120ml混合所得的溶液。
[0030] 液层i、ii和iii的体积比为1:0.5~1:1~2。
[0031] 作为举例,本发明所述的上述制备方法可具体描述但不限定为:
[0032] 将FeSO4·7H2O(0.2mmol)和KSCN(0.4mmol)以及少量的抗坏血酸(5mg)加入4ml的甲醇溶液中搅拌5min,过滤除去沉淀,加入20ml的比色管中,然后加入4ml的去离子水混合均匀。中间铺上5ml的甲醇作为过渡层,最上层铺上4ml溶有0.05mmol TINM的甲醇溶液。经过2-3天后,试管的中间层部分会有红色透亮的晶体沿着管壁析出。
[0033] 对所获得的红色晶体以X-射线粉末衍射仪进行晶体结构测试,测试温度为106K和250K。从晶体结构分析中可以得知,其化学式为C91H72Fe2N16O24S4,Mr=2013.63g·mol-1,正方晶系,空间群P42/n,Z=2.T=250K,晶胞参数为a=13.9160(17),b=13.9160(17),T=106K,晶胞参数为a=13.8547(4),b=13.8547
(4), 晶体数据显示,这是第一例具有PtS构型的二
重穿插三维的交叉化合物。如图1所示,每个不对称单元含有一个独立的Fe原子,两个SCN-基团(N3,N3C)以及桥连配体TINM的一半(N1,N2),另外还有四分之一的游离配体。Fe原子位于八面体配位中心,与Fe配位的位于赤道平面的四个N分别来自于四个TINM配体的吡啶环,而轴向的两个N来自于SCN-。化合物在250和106K时的键长如表1所示,在赤道平面的键长[(分别为106K
和250K)]要比轴向位置的 长。这两
者在不同温度平均键长的改变分别为 和
[0034] 表1化合物在250和106K时的键长 和键角[°]
[0035]
[0036]
[0037] 表1中:
[0038] *:-x+3/2,-y-1/2,z;**:y+1/2,-x,z+1/2;***:-y+1,x-1/2,z+1/2。
[0039] b表示平均Fe-N键长。
[0040] S-Hc表示S与穿插结构中紧邻H之间的距离。
[0041] O-Hd表示主客体之间的O-H距离。
[0042] O-He表示框架内O-H之间的距离
[0043] 进一步,对所获得的红色晶体材料在Quantum Design MPMS XL-7 magnetometer上进行了自旋交叉性质研究,研究方案如下:
[0044] 磁性数据在Quantum Design MPMS XL-7 magnetometer上进行,在温度区间2-300K、5000Oe外场、1K/min-1sweeping rate模式下收得,压力的施加主要依靠EasyLab Mcell 10 hydrostatic pressure cell。在2-300K,外加磁场强度为5kOe,不同压力下进行磁性曲线测试,如图3,图示表明在变温区间该化合物体现出交叉性质。同时,压力测试表明交叉对于伴随着分子大小和体积变化而改变的外界压力比较敏感。χMT值随着外界压力的增大而增大,同时转变温度也相应地朝着高温区移动。冷却过程中不同温度下的转变温度的参数及拐点列于图3插图所示。根据配位场理论,在外部压力低于或高于7Kbar时,T1/2和P呈现出良好的线性关系。起始时,外部压力增大会导致体积收缩,因为该化合物的结构比较柔软。当外加压力超过7Kbar时,压力效应导致的不仅仅是体积收缩,而可能是改变了FeII中心周围的晶体场场强。
[0045] 所得到的红色晶体材料的结构在Oxford diffractometer上用Mo K radiation source 收集得到。测试温度为106K和250K,其化学式为C91H72Fe2N16O24S4,-1Mr=2013.63g·mol ,正方晶系,空间群P42/n,Z=2.T=250K,晶胞参数为a=13.9160(17),b=13.9160(17), T=106K,晶胞参数为a=
13.8547(4),b=13.8547(4),
[0046] 对所获得的红色晶体材料进行磁性测试,磁性数据在Quantum Design MPMS XL-7magnetometer上进行,在温度区间2-300K、5000Oe外场、1K/min-1sweeping rate模式下收得,压力的施加主要依靠EasyLab Mcell 10 hydrostatic pressure cell。图3为化合物的χMT值在不同的压力下对应于T的作图。插图为T1/2和P的关系图。
[0047] 图3显示,在变温区间该化合物体现出交叉性质。在常压下,室温的χMT值是4.23cm3 K mol-1,对应于二价铁的高自旋态。随着温度降低,χMT值几乎没有改变直至温度降至170K,然后逐渐降低直至出现一个新的从60到17.5K的新平台,这一过程表明了化合物的不完全转变。在17.5K之后的χMT值得迅速降低要归因于剩余的二价高铁的零场分裂。在这个循环的升降温过程中并没有出现磁滞现象。同时,压力测试表明交叉对于伴随着分子大小和体积变化而改变的外界压力比较敏感。χMT值随着外界压力的增大而增大,同时转变温度也相应地朝着高温区移动。冷却过程中不同温度下的转变温度的参数及拐点列于图3插图所示。根据配位场理论,在外部压力低于或高于7Kbar时,T1/2和P呈现出良好的线性关系。
[0048] 对所获得的红色晶体材料的热重分析结果如附图4。从图中可以看出,其具有极强的稳定性,热稳定性好。

附图说明

[0010] 本发明附图4幅:
[0011] 图1是本发明材料的不对称结构单元图。
[0012] 图2是本发明材料的三维拓扑结构图,其中:
[0013] 图2(a)是材料中心亚铁离子的配位模式图,可以简化为正方形的构筑模块。
[0014] 图2(b)是材料配体结构图,可以简化为四面体形的构筑模块。
[0015] 图2(c)和(d)是由正方形和四面体模块构筑的化合物的三维PtS结构,其中图2(c)是沿a轴,图2(d)是沿b轴得到的。
[0016] 图2(e)是化合物的穿插结构图
[0017] 图3是本发明材料的磁性图。
[0018] 图4是本发明材料的热重图。
版权所有:盲专网 ©2023 zlpt.xyz  蜀ICP备2023003576号