[發明專利]一體式兩步水熱合成法及其在POMOF材料制備上的應用

有效

• 申請號: 201711395556.5
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN108102107B
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 宋宇飛;熊雪婷;林長亙;周韡
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C08G83/00
• 分類號: C08G83/00
• 代理公司: 北京太兆天元知識產權代理有限責任公司 11108
• 代理人: 張洪年

本發明公開了一種一體式兩步水熱合成法及其在POMOF材料制備上的應用。本發明制備的Co?POMOF材料分子式為：[Co(L)NaCrMo₆O₂₄H₆]·3H₂O。本發明將多個反應體系分別置于同一反應器的不同反應室內，經過加熱反應后，再在高溫條件下將所有反應體系直接混合后繼續進行第二步反應，最終得到直接一步混合所無法獲得的晶體結構。本發明提供的一體式兩步水熱合成法不僅比傳統一步水熱合成法更為高效靈活，同時還解決了傳統一步水熱法合成過程中，當反應體系在常溫下相互混合會形成大量沉淀時，將無法獲得所需晶體結構的問題。

技術領域

本發明屬于復合材料技術領域，具體而言，涉及一種通過一體式兩步水熱合成法制備Co-POMOF材料的方法。

背景技術

POMs即多金屬氧酸鹽，是一種由前過渡金屬的含氧酸鹽在一定pH條件下縮聚而成的多金屬氧酸化合物，僅由一種含氧酸鹽縮合脫水得到的POM稱為同多酸，反之稱為雜多酸。自19世紀初合成了第一例多酸以來，多酸化合物的發展一直備受研究人員的關注，多酸化合物具有催化活性高，選擇性高，反應條件較低，安全無毒等特性，因此POMs作為一種多功能催化材料在催化領域有著極為重要的地位。將具有特殊功能性的多金屬氧酸鹽(POMs)引入到具有多孔周期網絡結構的金屬-有機骨架材料(Metal-Organic Frameworks，MOFs)中可獲得一系列具有獨特結構及性能優勢的POMOF雜化材料。該POMOF材料不僅擁有豐富多樣的拓撲網絡結構類型，同時還在性能上結合了合組分的功能優勢。POMOF材料不僅具有POMs基元的多功能催化特性還具有MOF材料的高孔隙率、低密度、大比表面積、孔徑可調等優勢。近年來，有關多酸基金屬有機化合物的研究己成為無機化學領域的一大熱點，目前已經合成出了許多具有多功能應用的新型POMOF復合材料，這些復合材料在光催化，電催化，有機催化等方面具有極高的應用價值。

目前制備POMOF大多采用的是一鍋水熱合成法，將所有的反應物原料溶于水中充分攪拌混合均勻，置于一定的高溫高壓條件下進行一段時間的反應完成自組裝過程。該方法人為可控因素較低，晶體自組裝過程可預測性不高，反應數量及反應的靈活性受到很大的限制。另一部分則采用的是溶劑擴散法，該方法則需要將兩個反應體系置于一定條件下等待幾周甚至幾個月擴散結晶，制備周期較長效率較低。

增材制造技術(Additive Manufacturing，AM)是近幾年開始流行的一種快速成形技術，俗稱3D打印技術。它以計算機建模文件作為模板，將可粘合材料在噴嘴處加熱融化后以逐層堆積的方式來構造物體。區別于傳統機械加工的車、銑、切等通過去除材料獲得目標產品的減材制造技術，增材制造直接成型不需要后續加工，更為快速自由，且制造周期短，小批量零件生產成本低，因此被稱為“具有工業革命意義的制造技術”。其原理和普通噴墨打印機類似：打印機內的液體或固末的打印耗材即為“油墨”，通過計算機控制將“油墨”分層疊加成型。具體是將目標部件分為若干薄層，每次用原材料生成一個薄層，一層一層疊加起來，最終將計算機中的藍圖變為實物。最近幾年，增材制造技術的發展相當迅速，在各領域都有著不可替代的地位，已成為現代模型模具制造的有效手段，主要運用于航空航天、汽車摩托、電子產品、手機家電等工業制造行業，在生物醫學、食品快消、文物修復、建筑模型等各大領域也都取得了廣泛應用，在教學培訓領域也具有獨特地位。在化學方面，增材制造技術可用于定制化學反應裝置，解決傳統反應器價格昂貴、周期長、效率低等問題。

發明內容

本發明的目的在于通過一體式兩步水熱合成法制備得到Co-POMOF材料，該Co-POMOF材料具有在常溫條件下一步混合所無法獲得的晶體結構。本發明采用增材制造技術設計并定制擁有兩個底部隔斷頂部連通的空腔的兩腔反應器，定制反應器的內腔結構和容積可控，反應體系數量可調，操作更為簡便高效。

一種一體式兩步水熱合成法為：將多個反應體系分別置于同一反應器的不同反應室內，經過加熱反應后，再在高溫條件下將所有反應體系直接混合后繼續進行第二步反應，最終得到直接一步混合所無法獲得的晶體結構。