[發明專利]一種納米星狀ZIF-8納米材料的制備方法

有效

• 申請號: 202110536285.0
• 申請日: 2021-05-17
• 公開（公告）號: CN113265060B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 王亮;趙斌;郭志強;錢怡冉;申沛鑫
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: C08G83/00
• 分類號: C08G83/00;B01J20/22;B01J20/30;B01D53/02
• 代理公司: 杭州裕陽聯合專利代理有限公司 33289
• 代理人: 盛影影

本發明涉及一種納米星狀ZIF?8納米材料的制備方法，包括：(1)將咪唑配體、聚乙烯亞胺和甲醇在室溫下混合超聲溶解；(2)將鋅鹽和甲醇在室溫下混合超聲溶解；(3)將咪唑配體、聚乙烯亞胺混合溶液迅速倒在鋅鹽溶液中，然后將反應溶液攪拌反應，洗滌烘干得到納米星結構ZIF?8。本發明通過添加聚乙烯亞胺修飾ZIF?8形貌，控制聚乙烯亞胺的分子量和反應物之間的比例，就可以實現對ZIF?8的形貌調控，避免了復雜的調控方法。本發明的制備方法簡單，無需高溫加熱，僅在室溫條件下就可以實現調控。本發明也為調控ZIF?8形貌提供了一種新的方法，為以后的研究提供了有效的思路。

技術領域

本發明屬于晶體材料合成的技術領域，涉及ZIF-8納米材料的制備，尤其涉及一種實現ZIF-8在聚乙烯亞胺附近預成核，從而使得晶體受控生長的納米星狀ZIF-8納米材料的制備方法。

背景技術

沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)屬于金屬有機骨架(MOF)的一類。MOF結構通常由有機連接基和無機金屬離子構成。構建ZIF的咪唑連接基誘導四面體過渡金屬節點形成晶體結構，顧名思義，ZIF的結構與沸石的類似，ZIF中咪唑基橋接的兩個金屬離子中心之間的夾角為∠(M–imidazolate–M)＝145°，這與沸石中∠(Si–O–Si)的值接近。通過對研究沸石結構類的ZIF多孔材料，對討論和發展多孔金屬材料具有重要意義。

ZIFs通常由適當的金屬鹽(常見的鋅和其他適合四面體配位的金屬)和咪唑連接基在適當的溶劑(水、甲醇、DMF等)中來制備。例如ZIF-8(zeolitic IM frame-work(ZIF)-8)，它是由鋅鹽和2-甲基咪唑基分別溶解在適當溶劑中，在室溫或者高溫(與羧酸鹽形成骨架相似)中2-甲基咪唑基由于去質子化，從而引發骨架的形成。Zn²⁺通過與2-甲基咪唑的咪唑基相連形成一個具有正六面體晶型的籠狀配位化合物。ZIF-8與其他無機離子相比具有高比表面、高孔隙率、空氣中持久穩定、水溶液和強堿溶液中穩定、高熱穩定性、熱分解溫度大于400℃等特性。基于以上優點，ZIF-8廣泛應用于吸附、催化、氣體分離等領域。

ZIF-8的制備方法包括擴散法、溶劑熱法、電化學法、輔助合成法等。到目前為止，已經開發了很多控制ZIF-8大小和形態的方法，主要是通過其生長的反應動力學來控制MOF，形態控制主要策略是基于配位控制，使用不同的控制劑來影響配位選擇從而進一步控制其生長達到控制晶體形狀。研究表明，分子間的氫鍵和疏水相互作用可以影響晶體生長，大分子物質與鋅鹽和咪唑結構單元的親和力可以促進ZIF-8的定向生長。通過增加金屬離子和有機配體局部濃度可以促進大分子周圍的ZIF-8預成核，從而控制晶體生長。

發明內容

本發明的目的是為了提供一種納米星狀ZIF-8納米材料的制備方法，可以通過使用不同分子量的聚乙烯亞胺對ZIF-8實現形貌的調控，并且在制備方法中調控合成條件，可以實現對ZIF-8形貌的精準控制。本發明的制備方法為以后調控ZIF-8形貌提供了更好的思路，所得到獨特“納米星”結構ZIF-8可以在氣體分離，污染物吸附等應用中實現更優異的性能。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種納米星狀ZIF-8納米材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將咪唑配體與聚乙烯亞胺在室溫下溶解于溶劑中，得到咪唑配體與聚乙烯亞胺的混合溶液備用；

2)將鋅鹽在室溫下溶解于溶劑中，得到鋅鹽溶液備用；

3)將步驟1)得到的咪唑配體與聚乙烯亞胺的混合溶液迅速倒入步驟2)得到的鋅鹽溶液中，攪拌反應，得到ZIF-8溶液；

4)將步驟3)反應后的ZIF-8溶液進行離心，將離心后的ZIF-8加熱洗滌；

5)將步驟4)洗滌后的ZIF-8進行離心，離心后加熱烘干，得到納米星狀ZIF-8納米材料。