CN109867800B - 一种镉基金属-有机框架及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种镉基金属‑有机框架，其化学式为C70H53N10O10Cd2。本发明还提供其制备方法，将四水合硝酸镉、1,3‑双(苯并咪唑‑1‑基)苯、1,4‑萘二酸、N,N‑二甲基甲酰胺和蒸馏水加入玻璃小瓶，超声使其混合均匀；将上述混合物升温，反应65‑80小时，降温得到无色块状晶体；收集晶体，并使用乙醇进行洗涤，空气中干燥后可得到镉基金属‑有机框架。该制备方法基于二价镉离子较强的配位能力和两种有机配体的协同配位，为制备发光金属‑有机框架材料指明新的方向；该镉基金属‑有机框架可作为识别铝离子的荧光材料，在化学和材料学领域具有潜在的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种镉基金属-有机框架及其制备方法，属于功能配合物材料制备领域。
背景技术
由于具有独特的结构和在环境保护与人类健康等方面的应用，金属-有机框架(MOFs)受到化学和材料科学研究者们的广泛关注。铝元素在地球上的含量位列第三，过多铝离子的存在会对植物、人类和环境造成严重的危害。随着环境污染问题的日益严重，开发能够及时准确地监测污染物的技术十分重要。目前，探测铝离子的方法有原子吸收光谱(AAS)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、中子活化分析、高压液相色谱法(HPLC)和荧光传感等。与其他的探测技术相比，MOFs基的荧光传感具有选择性好、灵敏高、耗时少、成本低和易操作等优点，因此研究用于检测铝离子的MOF荧光材料显得尤为重要。参见：X.Fang,B.-Y.Zong,S.Mao.Nano-Micro Lett.2018,10(4),64；Y.-M.Zhang,S.Yuan,G.Day,X.Wang,X.-Y.Yang,H.-C.Zhou,Coord.Chem.Rev.,2018,354,28-45。
铝在人们的日常生活中有着广泛的应用，比如：铝箔、容器、药品、造纸业、漂白剂、食品添加剂和铝基药物等。随着雨水酸度的增加，铝离子在土壤和水源中的含量逐渐增加，对环境和人类健康十分不利。人体摄入大量的铝离子，会引起中枢神经类的疾病，如：阿尔茨海默病，帕金森病和肌萎缩侧索硬化症等。此外，一些铝基药物，如抗汗剂、抗溃疡药和抗酸剂等也加大了人体中铝离子的摄入量，对身体造成一定的危害。铝离子在人体中的代谢很缓慢，世界卫生组织也规定了人体每周摄入的铝离子含量不超过7mg/kg。因此，发明一种能够选择性识别铝离子的荧光探针具有重要的意义。
荧光传感具有三种表现形式：荧光猝灭，荧光增强和荧光颜色改变。相比于其他两种传感，荧光增强效应的传感具有灵敏度高和识别容易的优点，因此合成具有荧光增强效应的荧光探针具有重要的应用价值。此外，荧光猝灭效应在荧光识别中最常见，而荧光增强效应的传感相对较少。目前，对铝离子具有荧光增强效应的探针也有相关报道，检测限也不相同，参见：[1]D.K.Singha,P.Mahata.Inorg.Chem.2015,54(13),6373-6379；[2]M.-H.Yu,T.-L.Hu,X.-H.Bu,Inorg.Chem.Front.,2017,4(2),256-260；[3]X.Zhang,X.Luo,N.-X.Zhang,J.Wu,Y.-Q.Huang.Inorg.Chem.Front.,2017,4(11),1888-1894；[4]S.-Y.Zhu,B.Yan.Dalton Trans.,2018,47(5),1674-1681(检测限分别为0.057ppm、0.10ppm、0.053ppm和0.188ppm)。
因此有必要发明一种新的对铝离子具有选择性荧光识别和较低检测限的镉基金属-有机框架及其制备方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种对铝离子具有荧光识别性能的镉基金属-有机框架及其制备方法，该制备方法基于二价镉离子较强的配位能力和两种有机配体的协同配位，为制备对铝离子具有选择性的荧光识别的金属-有机框架指明新的方向；该镉基金属-有机框架对铝离子具有高灵敏度和选择性识别，检测限可达到0.048ppm，在荧光识别有害金属离子方面具有潜在的应用价值。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种镉基金属-有机框架，其化学式为C70H53N10O10Cd2。
进一步地，所述镉基金属-有机框架的晶体结晶于单斜晶系，空间群为P21/c，其晶胞参数为：
α＝90°，β＝97.727(3)°，γ＝90°。
本发明还提供一种镉基金属-有机框架的制备方法，包括以下步骤：步骤一：将四水合硝酸镉、1,3-双(苯并咪唑-1-基)苯、1,4-萘二酸、N,N-二甲基甲酰胺和蒸馏水加入至玻璃小瓶中，超声使其混合均匀；步骤二：将上述混合物升温至85-95℃，反应65-80小时后，降温至25-35℃，得到无色块状晶体；步骤三：收集上述无色块状晶体，使用乙醇进行洗涤，在空气中干燥后，即可得到镉基金属-有机框架。
进一步地，四水合硝酸镉、1,3-双(苯并咪唑-1-基)苯、1,4-萘二酸、N,N-二甲基甲酰胺和蒸馏水的用量比例分别为(0.05-0.15毫摩尔)、(0.05-0.15毫摩尔)、(0.05-0.15毫摩尔)、(2.5-3.5毫升)、(2.5-3.5毫升)。
进一步地，四水合硝酸镉、1,3-双(苯并咪唑-1-基)苯、1,4-萘二酸、N,N-二甲基甲酰胺和蒸馏水的用量比例分别为0.1毫摩尔、0.1毫摩尔、0.1毫摩尔、3毫升、3毫升。
进一步地，在步骤中，将上述混合物升温至90℃，反应72小时后，24小时内降温至30℃，得到无色块状晶体。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的制备方法基于二价镉离子较强的配位能力和两种有机配体的协同配位，为制备对铝离子具有选择性的荧光识别的金属-有机框架指明新的方向；该镉基金属-有机框架对铝离子具有高灵敏度和选择性识别，检测限可以达到0.048ppm，在荧光识别有害金属离子方面具有潜在的应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的镉基金属-有机框架的晶体结构图；
图2为本发明实施例提供的镉基金属-有机框架在加入不同的金属离子下测试的荧光强度最大值柱形图；
图3为本发明实施例提供的镉基金属-有机框架的铝离子滴定荧光图谱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图3，本发明实施例提供一种镉基金属-有机框架，其化学式为C70H53N10O10Cd2。所述镉基金属-有机框架的晶体属于单斜晶系，P21/c空间群，其晶胞参数为：
α＝90°，β＝97.727(3)°，γ＝90°。该镉基金属-有机框架对铝离子具有高灵敏度和选择性识别，检测限可以达到0.048ppm，在荧光识别有害金属离子方面具有潜在的应用价值。
本发明还提供一种制备该镉基金属-有机框架的方法，包括以下步骤：
步骤一：将四水合硝酸镉、1,3-双(苯并咪唑-1-基)苯、1,4-萘二酸、N,N-二甲基甲酰胺和蒸馏水加入至10毫升玻璃小瓶中，超声10分钟使其混合均匀。其中，四水合硝酸镉、1,3-双(苯并咪唑-1-基)苯、1,4-萘二酸、N,N-二甲基甲酰胺和蒸馏水的用量比例分别为(0.05-0.15毫摩尔)、(0.05-0.15毫摩尔)、(0.05-0.15毫摩尔)、(2.5-3.5毫升)、(2.5-3.5毫升)。
在本较佳实施例中，四水合硝酸镉、1,3-双(苯并咪唑-1-基)苯、1,4-萘二酸、N,N-二甲基甲酰胺和蒸馏水的用量比例分别为0.1毫摩尔、0.1毫摩尔、0.1毫摩尔、3毫升、3毫升。另外，所述10毫升玻璃小瓶是高硅硼玻璃材质，聚丙烯塑料盖。
步骤二：将上述混合物升温至85-95℃，反应65-80小时后，降温至25-35℃，得到块状晶体。在本较佳实施例中，具体的操作为：将上述混合物升温至90℃，反应72小时后，24小时内降温至30℃，得到无色块状晶体。
步骤三：收集上述块状晶体，并使用乙醇进行洗涤，空气中干燥后，即可得到目标产物：镉基金属-有机框架。
对得到的目标产物进行表征：
1.使用日立F-4600型荧光光谱仪对所获得的金属-有机框架进行荧光数据测试，图2是使用Origin软件绘制的该镉基金属-有机框架在不同的金属离子下测试的荧光强度最大值柱形图，图中显示该镉基金属-有机框架对铝离子具有明显的荧光识别效应；图3也是使用Origin软件绘制的该镉基金属-有机框架的铝离子滴定荧光图谱，并且通过公式3σ/k可得到铝离子的检测限为0.048ppm。
2.挑选尺寸为(0.38×0.32×0.25)mm3的晶体用于单晶结构分析，单晶衍射数据在衍射仪上收集，用石墨单色器单色化的Mo-kα射线
2.9°≤θ≤22.8°，证明该金属-有机框架属于单斜晶系，空间群为P21/c，其晶胞参数为：
α＝90°，β＝97.727(3)°，γ＝90°。图1是使用Diamond软件绘制的该镉基金属-有机框架的晶体结构图。
综上所述，本发明提供的制备方法基于二价镉离子较强的配位能力和两种有机配体的协同配位，为制备对铝离子具有选择性的荧光识别的金属-有机框架指明新的方向；该镉基金属-有机框架对铝离子具有高灵敏度和选择性识别，在荧光识别有害金属离子方面具有潜在的应用价值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种镉基金属-有机框架，其特征在于：所述镉基金属-有机框架的化学式组成为C70H53N10O10Cd2；所述镉基金属-有机框架的晶体结晶为单斜晶系，空间群为P21/c；晶胞参数为：
α＝90°，β＝97.727(3)°，γ＝90°；
所述的镉基金属-有机框架的制备方法包括以下步骤：
步骤一：将四水合硝酸镉、1,3-双(苯并咪唑-1-基)苯、1,4-萘二酸、N,N-二甲基甲酰胺和蒸馏水加入至玻璃小瓶中，超声使其混合均匀；
步骤二：将上述混合物升温至85-95℃，反应65-80小时后，降温至25-35℃，得到无色块状晶体；
步骤三：收集上述块状晶体，使用乙醇进行洗涤，在空气中干燥后，即可得到铝离子具有选择性荧光识别的镉基金属-有机框架。
2.如权利要求1所述的镉基金属-有机框架，其特征在于：四水合硝酸镉、1,3-双(苯并咪唑-1-基)苯、1,4-萘二酸、N,N-二甲基甲酰胺和蒸馏水的用量分别为0.05-0.15毫摩尔、0.05-0.15毫摩尔、0.05-0.15毫摩尔、2.5-3.5毫升、2.5-3.5毫升。
3.如权利要求2所述的镉基金属-有机框架，其特征在于：四水合硝酸镉、1,3-双(苯并咪唑-1-基)苯、1,4-萘二酸、N,N-二甲基甲酰胺和蒸馏水的用量分别为0.1毫摩尔、0.1毫摩尔、0.1毫摩尔、3毫升、3毫升。
4.如权利要求1所述的镉基金属-有机框架，其特征在于：在步骤中，将上述混合物升温至90℃，反应72小时后，24小时内降温至30℃，得到无色块状晶体。
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2019
- 2019-04-01 CN CN201910255889.0A patent/CN109867800B/zh active Active
Patent Citations (5)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109867800A (zh) | 2019-06-11 |
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