[發(fā)明專利]單壁碳納米管金屬有機(jī)框架的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810200041.X
• 申請(qǐng)日: 2008-09-18
• 公開（公告）號(hào): CN101357760A
• 公開（公告）日: 2009-02-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李玲;伏傳龍;孟令杰;路慶華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B31/02
• 分類號(hào): C01B31/02
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種納米技術(shù)領(lǐng)域的制備方法，特別是一種單壁碳納米管金屬有機(jī)框架的制備方法。?

背景技術(shù)

碳納米管(簡(jiǎn)稱CNT)是近年來(lái)被發(fā)現(xiàn)的一種新型碳結(jié)構(gòu)，是由碳原子形成的石墨烯片層卷曲而成的無(wú)縫中空碳管，兩端各有半個(gè)富勒烯分子封端，是一種具有高度離域化π電子共軛體系的一維量子材料。碳納米管分為單壁碳納米管(SWNT)和多壁碳納米管(MWNT)。單壁碳納米管(SWNT)由于其完美的結(jié)構(gòu)、獨(dú)特的量子性能和機(jī)械性能，被廣泛視為新型材料和未來(lái)材料的重要角色。自1993年來(lái)，就其表征方法和功能化研究已取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，其中對(duì)碳納米管進(jìn)行氧化改性得到各種碳納米管衍生物技術(shù)已經(jīng)十分成熟。近年來(lái)，由不同金屬和配體形成的金屬—有機(jī)框架結(jié)構(gòu)(MOFs)成為材料科學(xué)研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)。MOFs具有迷人的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、可剪裁性、結(jié)構(gòu)多樣性以及易于進(jìn)行設(shè)計(jì)組裝和結(jié)構(gòu)調(diào)控等特點(diǎn)，在氣體吸附、催化、氣體分離等方面的應(yīng)用前景十分明確，引起科學(xué)界的廣泛關(guān)注，對(duì)其合成、修飾、應(yīng)用的報(bào)道層出不窮。?

碳納米管衍生物與過渡金屬結(jié)合而形成的復(fù)合物體系作為一類新型材料而備受科學(xué)界的關(guān)注。鋅是一種常見的過渡金屬，具有良好的催化效應(yīng)，近年基于鋅的配位化學(xué)工作頻頻發(fā)表，但關(guān)于將鋅Zn(II)離子功能化到碳納米管表面的工作卻鮮有報(bào)道。如果向碳納米管衍生物與鋅離子形成的復(fù)合物體系中引入新配體，可望得到碳納米管金屬有機(jī)框架(CNT-MOF)。CNT-MOF有望將單壁碳納米管的完美的結(jié)構(gòu)，獨(dú)特的量子性能、光電性能以及突出的力學(xué)性能和金屬有機(jī)框架的迷人的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、可剪裁性、結(jié)構(gòu)多樣性以及易于進(jìn)行設(shè)計(jì)組裝和結(jié)構(gòu)調(diào)控的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，在高選擇性催化劑和催化劑載體、吸附劑、氣體的分離純化與存儲(chǔ)、太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換材料、高強(qiáng)度輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料、新型復(fù)合材料等領(lǐng)域有明確的應(yīng)用前景。

經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Cheng等在《歐洲化學(xué)》2006年第12卷23期6062-6070頁(yè)上發(fā)表的Triply?fused?Zn-II-porphyrin?oligomers：Synthesis，properties，and?supramolecular?interactions?with?single-walled?carbon?nanotubes(SWNTs)(Zn(II)離子—卟啉的三重聚合物的合成，性能及其與單壁納米管的超分子反應(yīng))，該文中提出將鋅Zn(II)離子—卟啉功能化到碳納米管表面的技術(shù))，具體為：直接把Zn(II)離子—卟啉和碳納米管混合超聲，利用Zn(II)離子—卟啉和碳納米管之間的超分子作用，使鋅Zn(II)離子—卟啉功能化到碳納米管表面，其不足在于：由于依靠超分子作用，所以鋅Zn(II)離子—卟啉與碳納米管的結(jié)合不夠穩(wěn)定，經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間會(huì)有沉淀現(xiàn)象。本發(fā)明首先把單壁碳納米管進(jìn)行改性，使其與羧基用共價(jià)鍵相連，然后利用羧基與金屬離子的配位作用構(gòu)筑MOFs，從而使極易成束的碳納米管分散，得到穩(wěn)定的單壁碳納米管金屬有機(jī)框架結(jié)構(gòu)。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種單壁碳納米管金屬有機(jī)框架的制備方法，將單壁碳納米管和金屬有機(jī)框架結(jié)合起來(lái)，得到一種同時(shí)具有單壁碳納米管完美結(jié)構(gòu)和有機(jī)金屬框架結(jié)構(gòu)的新型材料，可以用于高選擇性催化劑和催化劑載體、吸附劑、氣體的分離純化與存儲(chǔ)、太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換材料、高強(qiáng)度輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料、新型復(fù)合材料等領(lǐng)域。?

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明將單壁碳納米管羧化后與醋酸鋅進(jìn)行配位反應(yīng)得到單壁碳納米管金屬有機(jī)框架的前驅(qū)體(SWNT-MOF-1)，然后再加入有機(jī)配體，通過配位作用形成了單壁碳納米管金屬有機(jī)框架SWNT-MOFs。?

本發(fā)明包括以下步驟：?

步驟a：將1重量份干燥的單壁碳納米管原料和50～5000重量份強(qiáng)氧化性酸混合，超聲波處理、攪拌反應(yīng)，抽濾并用去離子水反復(fù)洗滌多次至溶液呈中性，真空干燥后得到酸化的碳納米管；?

步驟b：用恒壓漏斗將醋酸鋅水溶液逐滴加入，攪拌反應(yīng)，抽濾并用去離子水反復(fù)洗滌多次，再將黑色產(chǎn)物重新分散在有機(jī)溶劑中后再抽濾，真空干燥后得到產(chǎn)物SWNT-MOF-1；?

步驟c：將SWNT-MOF-1和有機(jī)溶劑混合超聲波處理，加入有機(jī)配體的有機(jī)溶劑溶液，攪拌反應(yīng)。待反應(yīng)液冷卻后，加入有機(jī)溶劑淋洗，抽濾后，將黑色產(chǎn)物重新分散到去離子水中后再抽濾，反復(fù)多次。再將黑色產(chǎn)物在有機(jī)溶劑中透析，?真空干燥后得到產(chǎn)物SWNT-MOFs。?