[發明專利]金屬有機框架納米陣列材料的制備方法及應用

有效

• 申請號: 202210603779.0
• 申請日: 2022-05-30
• 公開（公告）號: CN114920949B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 邱惠斌;王爽
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C08G83/00
• 分類號: C08G83/00;C08K3/24;B82Y40/00;G01N27/12;C07C45/29;C07C47/055;B01J31/22
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發明提供了一種軟納米刷導向金屬有機框架納米陣列的制備方法及其應用。所述制備方法包括以下步驟：(1)在基材表面構建軟納米刷；(2)將生長軟納米刷的基材反復浸泡在含有金屬鹽和有機配體的前驅體溶液中，得到附著金屬有機框架納米顆粒的納米刷材料；(3)采用冷凍干燥技術處理上述材料，得到所述金屬有機框架納米陣列。本發明利用軟納米刷殼層的吡啶官能團靈活的配位模式，進一步引入其他功能性的納米粒子來得到金屬有機框架雜化納米陣列。本發明基于活性結晶驅動自組裝原理可以在多種基材表面實現軟納米刷的靈活生長并成功誘導高度可控的金屬有機框架納米陣列。本發明制備的金屬有機框架納米陣列在甲醇催化氧化和硫化氫傳感方面展現出優異的性能。

技術領域

本發明涉及納米材料技術領域，具體涉及金屬有機框架納米陣列材料的制備方法及應用，尤其涉及以軟納米刷為模板誘導金屬有機框架納米陣列及其制備方法和應用。

背景技術

納米陣列結構因結合納米尺寸和定向排列等優勢在催化、傳感、能源以及光電等領域受到了廣泛的關注。與無序堆疊的粉末相比，納米陣列材料具有出色的穩定性、高比表面積以及自由開放的空間。在研究初期一系列過渡金屬氧化物以及氫氧化物以陣列形式被制備出來。但隨著對納米陣列材料研究的不斷深入，以金屬氧化物為主的納米陣列由于組成單一、結構可調性差等問題阻礙了多種應用的發展，為此尋求新型納米陣列材料是未來發展的必然趨勢。

金屬有機框架(MOFs:Metal Organic Frameworks)，作為一類由金屬離子與有機配體構建而成的多孔晶態材料，因其結構多樣、性能可調等優勢而從眾多材料中脫穎而出，在催化、分離、傳感、氣體吸附以及儲存等領域具有潛在的應用前景。隨著對MOFs材料的研究的不斷深入，晶體或粉體形式的MOFs已經不太適應實際情況的應用。為了更好地發揮MOFs材料的應用價值，在必要的基底表面生長排列規則的MOFs陣列顯得尤為重要。傳統制備MOFs陣列的方法有溶劑熱法，硬模板法以及熱沉積法等，這些方法雖然在一定程度上能夠制備出多種MOFs納米陣列，但由于制備條件苛刻且大多局限于一維或二維晶體結構的MOFs，因此極大地限制了MOFs納米陣列的種類。與此同時，靈活操控MOFs納米陣列的高度以及同時引入互補功能性組分仍然是一項巨大的挑戰。

基于上述理由，提出本申請。

發明內容

本發明的目的在于針對背景技術中所指出的問題及現有技術的不足，提供了一種基于軟納米刷為模板定向誘導MOFs納米陣列生長的方法。該方法制備條件溫和、靈活多變且對MOFs納米陣列具有高度精準可控性。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

本發明提供了一種金屬有機框架納米陣列材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

(1)納米刷的制備

將柱狀膠束晶種負載在基材表面，得負載有柱狀膠束晶種的基材；然后將基材浸泡在選擇性溶劑a中，邊振蕩邊滴加嵌段共聚物溶液，然后靜置老化，淋洗并干燥，得生長有納米刷的基材，即結晶性嵌段共聚物納米刷；

(2)MOFs納米陣列的制備

將生長有納米刷的基材分別在金屬鹽溶液和有機配體溶液浸泡循環若干次，每次浸泡后清洗基材，隨后將獲得的材料浸泡在選擇性溶劑b中冷凍干燥,得到MOFs納米陣列，即所述金屬有機框架納米陣列材料。

優選地，步驟(1)中柱狀膠束晶種通過如下方法制備：將嵌段共聚物溶于選擇性溶劑a中，攪拌使其完全溶解，隨后在室溫下靜置老化得到長柱狀膠束；將膠束置于0℃的冰水浴中，超聲處理使膠束斷裂，靜置老化，得到長度為40～50nm的柱狀膠束晶種。

優選地，柱狀膠束晶種制備中，嵌段共聚物在選擇性溶劑a中的濃度為0.5mg/mL；超聲處理的時間為0.25～2h，超聲強度為50～140W。攪拌是在80℃下攪拌30min。靜置老化的時間為1天。