本發(fā)明屬于有機-無機雜化材料領(lǐng)域，具體涉及鈷金屬有機框架材料（co-mof）及其復(fù)合膜材料的合成，并利用其復(fù)合膜材料構(gòu)筑電-風(fēng)驅(qū)動滾動式摩擦納米發(fā)電機，實現(xiàn)自驅(qū)動選擇性電催化溴化反應(yīng)。

背景技術(shù)：

1、需開發(fā)新型清潔能源，以解決傳統(tǒng)能源的局限性和污染問題?；诮佑|通電與靜電感應(yīng)耦合效應(yīng)的摩擦電納米發(fā)電機（teng）是一種新型的能量收集裝置，能夠?qū)C械能轉(zhuǎn)化為電能。teng使用的材料通常是可再生的，符合可持續(xù)發(fā)展的理念。目前，廣泛采用的介電聚合物[聚四氟乙烯(ptfe)、聚偏氟乙烯(pvdf)、聚二甲基硅氧烷(pdms)、尼龍和卡普頓]和金屬材料(au、cu和al)作為電極層，具有良好的柔韌性和摩擦電性能以及高導(dǎo)電性，在傳統(tǒng)的摩擦電系列中發(fā)揮了主要作用。然而，上述材料由于介電柔韌性較差，功能不足，嚴(yán)重限制了teng的發(fā)展，需要新材料以擴(kuò)大teng的應(yīng)用范圍和輸出性能。金屬有機框架材料（mofs）通過將無機金屬離子與有機配體組裝成遠(yuǎn)程有序的多孔結(jié)構(gòu)，賦予了mofs在金屬離子、有機配體及晶體結(jié)構(gòu)選擇上的高度靈活性。mofs具有高比表面積，良好的摩擦電特性為teng性能的優(yōu)化提供了無限可能。mofs可以通過選擇不同的金屬離子和有機配體來調(diào)節(jié)其摩擦電性能。這種可調(diào)性使得科學(xué)家能夠優(yōu)化mofs的摩擦電特性，以獲得最佳的能量轉(zhuǎn)換效率。尤為值得注意的是，mofs的有機配體功能化特性，使研究人員能夠在合成前、中、后階段靈活地引入各種官能團(tuán)，從而精確調(diào)控mofs的物理化學(xué)性質(zhì)，進(jìn)一步提升其在teng中的應(yīng)用效果。因此，將mofs作為摩擦電極材料構(gòu)筑teng，能夠克服傳統(tǒng)材料的局限性，有望顯著提升teng的能量轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。

2、本發(fā)明制作mof@mc復(fù)合薄膜作為摩擦電極材料，構(gòu)筑電-風(fēng)驅(qū)動滾動式teng，該裝具有卓越的輸出性能，并且以此為電源實現(xiàn)自驅(qū)動選擇性電催化溴化反應(yīng)。這一過程將mofs復(fù)合膜材料與teng結(jié)合發(fā)電是實現(xiàn)自驅(qū)動電催化的一種有效途徑，符合節(jié)能減排和綠色環(huán)保的要求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種鈷金屬有機框架材料（co-mof）及其復(fù)合膜材料的制備方法，并搭建了電-風(fēng)驅(qū)動滾動式teng，實現(xiàn)了自驅(qū)動選擇性電催化的應(yīng)用。

2、利用枝狀羧酸配體和線性橋聯(lián)配體共同作用，合成熱力學(xué)穩(wěn)定的co-mof，將其與mc復(fù)合，構(gòu)筑co-mof@mc復(fù)合膜材料用作摩擦電極材料，搭建了一種電-風(fēng)驅(qū)動滾動式摩擦納米發(fā)電機（teng）。隨后，通過調(diào)節(jié)器件轉(zhuǎn)速及接觸面積，進(jìn)而實現(xiàn)了對co-mof@mc-teng器件輸出性能的有效提升。本發(fā)明構(gòu)筑的電-風(fēng)驅(qū)動滾動式co-mof@mc-teng器件的輸出性能與接觸面積、轉(zhuǎn)速密切相關(guān)，在最優(yōu)輸出下，將co-mof@mc-teng作為電源與電解池聯(lián)系，實現(xiàn)自驅(qū)動選擇性溴化反應(yīng)。

3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

4、一種鈷金屬有機框架材料co-mof，所述co-mof的分子式為：[co(hcpcdc)(4,4?-bpy)h2o]n，n=∝，所述鈷金屬有機框架材料co-mof為三維層-柱結(jié)構(gòu)，屬于正交晶系，空間群為fdd2(43)，晶胞參數(shù)為：a=12.473(4)???，b=14.049(4)??，c=59.095(16)??。

5、本發(fā)明所述的鈷金屬有機框架材料co-mof的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

6、（1）將co(no3)2·6h2o、4,4'-聯(lián)吡啶（4,4?-bpy）和配體9-（4-羧苯基）-9h-咔唑-3,6-二羧酸（h3cpcdc）混入聚四氟反應(yīng)釜的內(nèi)襯中，加入n,n-二甲基乙酰胺和去離子水；

7、（2）待步驟（1）中反應(yīng)體系密閉后，置于烘箱中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后以5?℃/h的速率降至室溫，得到紫色的簇狀晶體co-mof。

8、進(jìn)一步，所述步驟（1）中co(no3)2·6h2o、4,4?-bpy和h3cpcdc的摩爾比為1:1:3，以1?mmol?co(no3)2·6h2o?為基準(zhǔn)，需要4?ml?n,n-二甲基乙酰胺、4?ml去離子水。

9、進(jìn)一步，所述步驟（2）中的反應(yīng)溫度為100-120℃，反應(yīng)時間為48-72?h。

10、利用本發(fā)明所述的鈷金屬有機框架材料co-mof制備co-mof@mc復(fù)合膜材料的方法，其特征在于包括以下步驟：

11、a、稱取適量經(jīng)過真空干燥后的co-mof晶體，采用機械研磨的方式將其研磨成為晶體粉末，然后將晶體粉末超聲分散在?dmf?溶液中；

12、b、稱取mc粉末加入?dmf?中，然后加熱攪拌至完全溶解，移至室溫得到?mc溶液；

13、c、將步驟?a所得溶液加入到mc溶液中，室溫下攪拌均勻得到混合溶液；將混合溶液傾倒到方形玻璃器皿中，固化、冷卻室溫后脫膜得到?cd-mof@mc復(fù)合膜材料。

14、進(jìn)一步，所述co-mof晶體材料與mc粉末的質(zhì)量比為1:6。

15、進(jìn)一步，所述固化溫度為80-120?°c，固化時間為0.5?h。

16、本發(fā)明還提供所述的方法制得的co-mof@ec復(fù)合膜材料。

17、本發(fā)明還提供所述的co-mof@ec復(fù)合膜材料在構(gòu)筑co-mof@mc-teng中的應(yīng)用，將co-mof@mc復(fù)合膜材料作為摩擦電極材料與聚偏二氟乙烯（pvdf）膜搭建電-風(fēng)驅(qū)動滾動式teng，利用co-mof@mc-teng的穩(wěn)定輸出特性搭建電催化有機反應(yīng)，實現(xiàn)自驅(qū)動選擇性電催化溴化反應(yīng)，包括以下步驟：

18、a、將co-mof@mc復(fù)合膜裁剪成5×5cm2、5×10?cm2、5×15?cm2、5×20?cm2、5×25cm2、5×30?cm2，并分別固定在cu膠帶上；隨后，在其背面用導(dǎo)電銀膠粘接銅絲，作為外接導(dǎo)線和正極片；

19、b、將pvdf膜裁剪為5×5?cm2、5×10?cm2、5×15?cm2、5×20?cm2、5×25?cm2、5×30cm2；并分別固定在銅膠帶上，同時，在其背面用導(dǎo)電銀膠粘接銅絲，作為外接導(dǎo)線和負(fù)極片；

20、c、將上述a和b制得的正、負(fù)極片組裝，搭建電-風(fēng)驅(qū)動滾動式co-mof@mc-teng器件；

21、d、將電-風(fēng)驅(qū)動滾動式co-mof@mc-teng器件輸出的電流通過電線輸出到電催化裝置上，自驅(qū)動選擇性電催化溴化反應(yīng)；其中，輸出正極和負(fù)極分別連接在電催化裝置的兩根鉑棒上。

22、本發(fā)明的有益效果：

23、1、本發(fā)明中co-mof晶體材料穩(wěn)定性好，在300℃以下保持穩(wěn)定（圖4）。且能在整個碰撞過程中保持完好的形貌，為持續(xù)利用打下基礎(chǔ)。同時co-mof@mc復(fù)合薄膜輸出性能短路電流（ i sc）（圖5）、開路電壓（voc）（圖6）、分別達(dá)到6.2a、400?v，在5?hz的撞擊頻率下可長達(dá)50000個工作周期的長循環(huán)穩(wěn)定性（圖7）。

24、2、本發(fā)明的co-mof晶體材料制備方法簡單，作為摩擦電極材料構(gòu)筑電-風(fēng)驅(qū)動滾動式摩擦納米發(fā)電機，在轉(zhuǎn)速固定條件下，有效接觸面積不同具有不同的輸出性能，有效接觸面積越大性能越好。在有效接觸面積固定為5×30?cm2，不同轉(zhuǎn)速下具有不同的輸出性能，轉(zhuǎn)速越快性能越好。其在轉(zhuǎn)速固定760?r/min有效接觸面積為5×30?cm2時有著最好的輸出性能，其短路電流（ i sc）、開路電壓（voc）、最大功率密度分別達(dá)到1.8?a、300?v、60000w/m2。

25、3、將本發(fā)明設(shè)計的電-風(fēng)驅(qū)動滾動式摩擦納米發(fā)電機作為電源，進(jìn)行電催化溴化選擇性反應(yīng)，在0.5-5?h內(nèi)完成電催化溴化選擇性反應(yīng)。