[發明專利]獨立式金屬有機骨架氣凝膠及其制備

有效

• 申請號: 201911378601.5
• 申請日: 2019-12-27
• 公開（公告）號: CN111375356B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 楊經倫;柳章
• 申請（專利權）人: 香港科技大學
• 主分類號: B01J13/00
• 分類號: B01J13/00
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 孫微;金小芳

本申請涉及一種形成氣凝膠的方法，包括通過以下方法制備金屬有機骨架(MOF)氣凝膠：制備包含用于金屬有機骨架氣凝膠的金屬前體的多孔固體，然后通過使多孔固體與混合有溶劑的有機配體反應，從而將金屬前體轉化為金屬有機骨架。然后通過超臨界萃取和干燥除去溶劑。

相關申請

本專利申請要求于2018年12月28日提交的臨時專利申請第62/917,736號的優先權，該臨時專利申請被轉讓給本發明的受讓人并由其發明人提交，在此通過引用并入本文。

技術領域

本公開涉及一種凝膠網絡和該凝膠網絡的制造。更具體地，本公開涉及使用溶膠凝膠法的氣凝膠的形成，并且描述了用于制備金屬有機骨架(MOF)氣凝膠的方法。

背景技術

金屬有機骨架(MOF)由金屬離子或簇與有機配體配位組成，形成一維、二維或三維結構，并具有定義明確的孔道網絡以用于分子運輸、分離和存儲。骨架網絡可以促進分子催化反應和轉化。作為非限制性實例，潛在的應用包括氣體分離和儲存、CO₂捕集、水凈化、催化反應和污染修復。

MOF可能組裝成高度多孔的材料，例如氣凝膠和冷凍凝膠材料，可以使材料具有目的機械性能、熱性能和光學性能。二氧化硅、無機氧化物和混合氧化物的氣凝膠通常通過標準的溶膠凝膠技術進行制備，然后進行超臨界萃取和干燥以除去溶劑。碳、石墨烯和聚合物衍生的材料(例如，聚合間苯二酚甲醛(RF)和三聚氰胺甲醛(MF))通常涉及聚合反應或使用接頭進行組裝，然后從凝膠中除去分散的溶劑相。

氣凝膠具有多種應用。最重要的是氣凝膠作為隔熱材料的用途。氣凝膠用于傳感器、光學設備、波導、電子設備和激光器。氣凝膠的其他用途還包括核顆粒檢測和廢物處理，例如污染物吸收和核廢物玻璃化。氣凝膠還用作催化劑、能量存儲裝置和電容器。

發明內容

通過制備金屬有機骨架(MOF)氣凝膠來制備本申請的氣凝膠，方法包括：制備包含用于MOF氣凝膠的金屬前體的多孔固體，并且通過使該多孔固體與與混合有溶劑的有機配體反應，從而將金屬前體轉化為MOF。然后通過超臨界萃取和干燥除去溶劑。

附圖說明

圖1是示出金屬有機骨架(MOF)氣凝膠的制備過程的示意圖，該過程從金屬前體溶膠的制備及其凝膠化開始，然后通過將經選擇的絡合配體添加到凝膠中，使凝膠轉化為金屬有機骨架，并除去未反應的配體以產生金屬有機骨架氣凝膠。

圖2A和圖2B是凝膠化后的Zn基氣溶膠(圖2A)和超臨界干燥后的相應的氣凝膠(圖2B)的照片圖像。

圖3A、圖3B和圖3C是金屬有機骨架(MOF)濕凝膠(圖3A)及其在超臨界干燥后的氣凝膠ZIF-8(圖3B)和MOF-5(圖3C)的照片圖像。

圖4是通過超臨界干燥鋅前體濕凝膠得到的Zn基氣凝膠以及由鋅前體濕凝膠制備的ZIF-8氣凝膠和MOF-5氣凝膠的X射線衍射圖的圖示。

圖5A至圖5C是來自鋅前體濕凝膠經超臨界干燥的Zn基氣凝膠(圖5A)以及根據本發明中描述的步驟由鋅前體濕凝膠制備的ZIF-8氣凝膠(圖5B)和MOF-5氣凝膠(圖5C)的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。SEM圖像中的插圖是相應樣品的氣凝膠塊的圖片。圖5D是圖5A至圖5C所示的Zn基氣凝膠、ZIF-8氣凝膠和MOF-5氣凝膠的粒度分布的圖示。圖6A至圖6I是從超臨界干燥鋅前體濕凝膠獲得的Zn基氣凝膠的聚焦離子束掃描電子顯微鏡(FIB-SEM)分析。圖6A示出了Zn基氣凝膠的電子顯微鏡圖。圖6B至圖6I是氣凝膠的3D重建圖像。

圖7A至圖7H是由Zn基氣凝膠制備的ZIF-8氣凝膠的聚焦離子束掃描電子顯微鏡(FIB-SEM)分析。圖7A示出了ZIF-8氣凝膠的電子顯微鏡圖。圖7B至圖7H是氣凝膠的3D重建圖像。