[發(fā)明專利]一種納米級(jí)片狀金屬有機(jī)骨架材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610738691.4
• 申請(qǐng)日: 2016-08-26
• 公開（公告）號(hào): CN106478406B
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 付昱;王沙;齊軒;李雨濃;王鐵強(qiáng);白曉覺;周嫄;夏明建;趙雪英
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號(hào): C07C51/41
• 分類號(hào): C07C51/41;C07C63/28;C07C63/38;C07D487/08
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 湯暢陽(yáng)

本發(fā)明公開了一種納米級(jí)片狀金屬有機(jī)骨架材料的制備方法，該方法包括以下步驟：(1)配制金屬陽(yáng)離子溶液和有機(jī)配體溶液；(2)將上述其中一種溶液通過超聲波噴頭分散成霧狀小液滴，噴霧到另一種溶液中，使兩種溶液接觸反應(yīng)，得到沉淀；(3)將沉淀分離后得到所述納米級(jí)片狀金屬有機(jī)骨架材料。本發(fā)明的制備方法可以在溫和的條件下(室溫、常溫常壓)合成納米級(jí)片狀金屬有機(jī)骨架材料；通過將溶液經(jīng)超聲波噴霧分散可以快速合成所需材料；使用常規(guī)的設(shè)備即刻實(shí)現(xiàn)合成反應(yīng)，節(jié)能環(huán)保；本發(fā)明的制備方法具有方法簡(jiǎn)單，易于制備，生產(chǎn)成本低，反應(yīng)條件溫和的特點(diǎn)，非常適用于大規(guī)模化的工業(yè)生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料科學(xué)的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米級(jí)片狀金屬有機(jī)骨架材料的制備方法。

背景技術(shù)

金屬有機(jī)多孔骨架材料(Metal-Organic Frameworks，MOFs)，是指無機(jī)金屬中心與有機(jī)官能團(tuán)通過共價(jià)鍵或離子-共價(jià)鍵相互鏈接，共同構(gòu)筑的具有規(guī)則孔道或者孔穴結(jié)構(gòu)的晶態(tài)多孔材料，是近幾十年發(fā)展起來的一類新型多孔材料。MOFs是一種類似于沸石的新型納米多孔材料。目前，已經(jīng)有大量的金屬有機(jī)骨架材料被合成，主要是以含羧基有機(jī)陰離子配體為主，或與含氮雜環(huán)有機(jī)中性配體共同使用。這些金屬有機(jī)骨架中多數(shù)都具有高的孔隙率和好的化學(xué)穩(wěn)定性。通過設(shè)計(jì)或選擇一定的配體與金屬離子組裝得到了大量新穎結(jié)構(gòu)的金屬有機(jī)多孔骨架化合物。也可以通過修飾有機(jī)配體，對(duì)這些聚合物的孔道的尺寸進(jìn)行調(diào)控。

MOFs在納米級(jí)層次上可以進(jìn)行形貌調(diào)控。納米級(jí)片狀金屬有機(jī)骨架材料具有比表面積大，形貌可控等優(yōu)點(diǎn)。目前，納米級(jí)片狀金屬有機(jī)骨架材料的合成方法一般分為兩種：擴(kuò)散法和溶劑熱法。擴(kuò)散法：將金屬鹽、有機(jī)配體和溶劑按一定的比例混合成溶液，放入一個(gè)小玻璃瓶中，將此小瓶置于一個(gè)加入去質(zhì)子化溶劑的大瓶中，封住大瓶的瓶口，然后靜置一段時(shí)間即可有晶體生成。這種方法條件比較溫和，易獲得高質(zhì)量的單晶用于結(jié)構(gòu)分析，但是比較耗時(shí)，而且要求反應(yīng)物的溶解性要比較好，室溫下能溶解。溶劑熱法：是將反應(yīng)物與有機(jī)胺、去離子水、乙醇和甲醇等溶劑混合，放入密封容器如帶有聚四氟襯里的不銹鋼反應(yīng)器或玻璃試管中加熱，溫度一般在100-200℃，在自生壓力下反應(yīng)。隨著溫度的升高反應(yīng)物就會(huì)逐漸溶解。這種方法反應(yīng)時(shí)間較短，而且解決了反應(yīng)物在室溫下不能溶解的問題。合成中所使用的溶劑尤其是有機(jī)溶劑帶有不同的官能團(tuán)、不同的極性、不同的介電常數(shù)以及不同的沸點(diǎn)和粘度等，從而可以大大地增加合成路線和合成產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的多樣性。溶劑熱生長(zhǎng)技術(shù)具有晶體生長(zhǎng)完美、設(shè)備簡(jiǎn)單、節(jié)省能量等優(yōu)點(diǎn)，但反應(yīng)條件苛刻，反應(yīng)溫度、金屬離子和配體的摩爾比及反應(yīng)物溶液的pH值等都會(huì)對(duì)晶體結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生影響。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供了一種反應(yīng)條件溫和的納米級(jí)片狀金屬有機(jī)骨架材料的制備方法。

本發(fā)明的納米級(jí)片狀金屬有機(jī)骨架材料的制備方法包括以下步驟：

(1)配制金屬陽(yáng)離子溶液和有機(jī)配體溶液；

(2)將上述其中一種溶液通過超聲波噴頭分散成霧狀小液滴，噴霧到另一種溶液中，使兩種溶液接觸反應(yīng)，得到沉淀；

(3)將沉淀分離后得到所述納米級(jí)金屬有機(jī)骨架材料。

這里，使用的是Siansonic公司生產(chǎn)的型號(hào)為Z95的超聲波噴頭及噴霧系統(tǒng)，超聲波噴頭利用高頻聲波產(chǎn)生霧化功能。超聲波噴頭及噴霧系統(tǒng)包括自動(dòng)進(jìn)樣小泵、超聲波噴頭，超聲波噴頭與數(shù)字超聲波控制器連接，且上端通過液管與自動(dòng)進(jìn)樣小泵連接。使用時(shí)，將一種溶液放入自動(dòng)進(jìn)樣小泵的針管中(自動(dòng)進(jìn)樣小泵設(shè)定的參數(shù)為流量：1.000μl/sec；50.0sec/次；分配液量：50μl；間隔時(shí)間:0.2min；分配次數(shù):9次；注射器選擇：自定義)，設(shè)定的超聲波的頻率是80-100KHz，另一種溶液放入超聲波噴頭正下方的燒杯中；啟動(dòng)超聲波控制器和自動(dòng)進(jìn)樣小泵，一種溶液通過液管進(jìn)入到超聲波噴頭中，經(jīng)超聲粉碎成霧狀小液滴，噴霧到另一種溶液中，能夠快速生成我們所需的納米級(jí)片狀金屬有機(jī)骨架材料。