[發(fā)明專利]一種微乳液法可控合成的MOFs材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111485250.5
• 申請日: 2021-12-07
• 公開（公告）號: CN114015071A
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 裴曉燕;原林林;許超;田春雨;李珍珍;熊智燕
• 申請（專利權(quán)）人: 信陽師范學(xué)院
• 主分類號: C08G83/00
• 分類號: C08G83/00;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 焦作加貝專利代理事務(wù)所(普通合伙) 41182
• 代理人: 任昕

本發(fā)明提供一種微乳液法可控合成的MOFs材料及其制備方法，步驟如下：制備3個季銨鹽離子液體[C₂DMEA][Im]、[C₄DMEA][Im]和[C₆DMEA][Im]；分別向3個瓶中加入[C₂DMEA][Im]、DMSO、乙酸乙酯，[C₄DMEA][Im]、DMSO、乙酸乙酯以及[C₆DMEA][Im]、DMSO、乙酸乙酯，攪拌均勻得到3個微乳液體系；將有機(jī)配體與金屬鹽分別加入上述得到的3個微乳液體系中，攪拌待沉淀析出后，離心分離出沉淀，將沉淀洗滌后即可得到3種形貌不同的MOFs材料。該方法通過調(diào)節(jié)離子液體烷基鏈的長度、反應(yīng)底物的濃度及種類，以達(dá)到對MOFs材料結(jié)構(gòu)和形貌精準(zhǔn)調(diào)控的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種微乳液法可控合成的MOFs材料及其制備方法。

背景技術(shù)

微乳液是由水、油、表面活性劑或助表面活性劑等組成的光學(xué)各向同性、透明的和熱動力學(xué)穩(wěn)定的體系。由于其獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的物理化學(xué)性能，微乳液已被廣泛應(yīng)用于食品技術(shù)、藥物輸送、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域。尤其是，微乳液在納米粒子合成方面具有許多優(yōu)點(diǎn)，如對粒子大小的良好控制、窄的粒徑分布和溫和的反應(yīng)條件，因此常被用作模板來制備高質(zhì)量的納米材料，如無機(jī)納米粒子和有機(jī)聚合物納米粒子。然而，表面活性劑微乳液法也有缺點(diǎn)以及限制因素，如表面活性劑的毒性及其在納米粒子表面的吸附，以及由表面活性劑堵塞活性部位造成的納米粒子表面利用率較低等。

近年來，無表面活性劑微乳液（Surfactant-free microemulsion, 簡稱SMFE）得到了廣泛的應(yīng)用，并引起了科學(xué)界的極大關(guān)注。SFMEs是由水、油和“兩性溶劑”組成的，不含表面活性劑，其中“兩性溶劑”與水和油完全或至少部分混溶。研究表明，SFMEs具有與表面活性劑微乳液相似的微觀結(jié)構(gòu)類型，即水包油（O/W）、雙連續(xù)（BC）和油包水（W/O）結(jié)構(gòu)。因此，SFMEs也可用于制備納米材料。而且，SFMEs用作納米粒子制備的模板，將具有表面活性劑微乳液體系的優(yōu)勢，即對粒徑的良好控制、狹窄的粒徑分布和溫和的反應(yīng)條件，同時克服其缺點(diǎn)，如由于使用了大量表面活性劑導(dǎo)致成本較高、納米材料的表面吸附和環(huán)境污染等。

由于離子液體結(jié)構(gòu)的可設(shè)計性，它可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)微乳液中的一個或幾個組分，形成離子液體基SFMEs。離子液體SFMEs因兼顧離子液體和微乳液的優(yōu)點(diǎn)，從而具有較高的熱穩(wěn)定性。此外，液滴狀的微結(jié)構(gòu)具有較寬的溫度范圍和良好的溶解性，對難溶有機(jī)物起到了增溶作用。重要的是，其中納米結(jié)構(gòu)的微乳液滴將提供疏水或親水的納米結(jié)構(gòu)域，從而擴(kuò)大離子液體及微乳液作為反應(yīng)、分離或萃取介質(zhì)的應(yīng)用范圍。因此，利用離子液體基SFMEs作為模板將有利于實(shí)現(xiàn)納米粒子的可控制備。

MOFs是由過渡金屬離子和有機(jī)配體通過配位鍵作用自組裝連接而成的、高度有序且具有無限拓展網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的低密度晶體材料，是一種新興的多孔材料，在氣體吸附、催化、發(fā)光材料等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。然而，由于工作環(huán)境和條件的差異，對MOFs結(jié)構(gòu)和形貌的調(diào)控顯得尤為重要，如何有效精準(zhǔn)的調(diào)控其孔徑結(jié)構(gòu)和形貌以實(shí)現(xiàn)利益最大化仍是一個難題。

目前MOFs的制備方法有兩種，一種是界面擴(kuò)散法，另一種是水熱/溶劑合成法。

界面擴(kuò)散法主要包括兩種方式：液相擴(kuò)散和氣相擴(kuò)散法。液相擴(kuò)散法通常是通過中間的空白溶劑減緩金屬離子和配體的接觸反應(yīng)速度，避免沉淀的產(chǎn)生，使晶體緩慢生長。液相擴(kuò)散法制得的 MOFs 晶體都比較純，質(zhì)量較高。氣相擴(kuò)散法一般是利用兩種完全互溶且沸點(diǎn)相差較大的有機(jī)溶劑，在密閉的容器中，使低沸點(diǎn)溶劑揮發(fā)進(jìn)入高沸點(diǎn)溶劑中析出MOFs單晶。它們的缺點(diǎn)是要求反應(yīng)物常溫下在液相中的溶解度較高，且反應(yīng)耗時長。