新材料及其应用

本发明属于氢键有机框架材料的制备领域，具体公开了一种胍基磷酸盐氢键有机框架材料，化学式为：{C25H22O12P4·2(CH6N3)·(H2O)}n，其中，n为正整数，TPM‑PO3H2为四(4‑磷酸基苯基)甲烷，DMF为N,N＇‑二甲基甲酰胺。结构单元属于单斜晶系，空间群为C2/c，分子式为C56H81N18O26P8，每个重复单元包含一个水分子、两个胍盐离子及一个TPM‑PO3H2分子，胍盐离子上的氨基、TPM‑PO3H2分子上的磷酸基以及水分子形成三维的氢键网络。该材料具有丰富的氢键网络，对质子运输有较好的性能。进一步制备成质子交换膜后，研究其在质子交换膜燃料电池中的应用。

成果亮点

本发明的目的之一在于提供一种胍基磷酸盐氢键有机框架材料及其制备方法，解决了该类材料电导率低的问题。 本发明的目的之二在于提供一种胍基磷酸盐氢键有机框架材料的应用，将胍基磷酸盐氢键有机框架材料制备成质子交换膜后，将质子交换膜应用于质子交换膜燃料电池中，最大功率密度与最大电流密度都得到了提高。

胍基磷酸盐氢键有机框架材料（guanidinium phosphonate-based hydrogen-bonded organic frameworks，简称 IHPOF）具有广阔的应用前景。这种材料具有高比表面积、高孔隙率、优异的吸附性能和较强的结构稳定性等优势，可应用在以下方面：

气体储存与分离：IHPOF 可作为多孔吸附剂用于氢气、氮气、甲烷等气体的储存，并且具有快速吸附、分离、释放的优点。对于甲烷/氮气分离，其分离系数可高达 30。

催化剂：IHPOF 材料中含有磷酸盐基团，可以用作催化剂，如催化羰基化反应、加氢反应、氧化反应等。

超级电容器：IHPOF 可用于制备超级电容器，因为它具有良好的导电性和快速的离子传输能力。它可以与其他材料配合使用，如炭材料和金属氧化物等，以提高电容器的性能。

污染物吸附：IHPOF 具有较强的吸附性能，可以用于吸附水中的污染物，如氮氧化物、硫化物、有机物等。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开了一种胍基磷酸盐氢键有机框架材料，该材料主要选择磷酸配体，与以往所研究较多的磺酸、羧酸为配体的HOFs相比，最主要的创新点在于磷酸基中含有2个质子，其去质子模式不同，在与氨基进行氢键连接时，可以研究其不同去质子模式对氢键结构的影响。本发明制备的胍基磷酸盐最终形成三维的氢键网络，这种三维框架有助于质子的传输，而且其具有一定的稳定性，通过PXRD粉末衍射分析数据表明所得的产品纯度较高，热重分析表明热稳定性高，三维多孔框架的分解温度为300℃，同时具有较高的质子传导率，是一种新型质子导电材料。

本发明还公开了该胍基磷酸盐氢键有机框架材料的制备方法，由TPM-PO3H2和盐酸胍制备得到，原料TPM-PO3H2只有在碱性条件下可以溶解，碱化是为了使浑浊的配体TPM-PO3H2澄清，合成原料易得，使用简单的溶液法去培养晶体，制备工艺简单，操作方便，产率较高。本发明的聚合物作为质子导电材料时，电导率可以达到***×10-2S cm-1，作为燃料电池中的质子交换膜时，最大功率密度达到***，最大电流密度2299mA/cm2，所制备的质子交换膜与商业化的Nafion膜相比，最大功率密度与最大电流密度都得到了提高，具有很好的应用前景。