一种杂化材料的制备方法及杂化材料、应用技术

本发明专利技术公开了一种杂化材料的制备方法及杂化材料、应用，其中制备方法包括，采用氢氟酸选择性侵蚀MAX相合成MXene，后将MXene加入到合成金属有机骨架材料的前驱体溶液中合成杂化材料。本发明专利技术的二维金属碳氮化物MXene和金属有机骨架杂化材料只需在合成金属有机骨架的过程中加入MXene进行杂化制备，方法简单，可明显提高金属有机骨架材料的水热稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化工分离、催化
，具体涉及一种杂化材料的制备方法及杂化材料、应用。
技术介绍
在20世纪末之前，多孔材料一般分为两种类型：无机材料和碳质材料，无机材料中以沸石分子筛为代表，全球经济很大程度上依赖于该材料在诸多工业生产过程中的应用，而活性炭作为碳质人造材料，是在1900年和1901年后才发现的，因其优良的吸附除臭功能使得在20世纪的后半叶，环保产业成为活性炭应用的大户。但随着时代的发展，传统的多孔材料越来越不能满足当代的工业需求，这时，一种新型的有机-无机杂化材料金属有机骨架材料诞生了。1995年，第一个被命名为金属有机骨架(Metal—OrganicFrameworks，MOFs)的材料在Nature杂志中报道。它是由YaghiOM研发出来的，具有二维结构的配位化合物，由刚性的有机配体均苯三甲酸与过渡金属Co合成。在后来的二十年中，MOFs材料的配位化学以惊人的速度和活力发展成了一个独立分支，1999年，YaghiOM在Science杂志上报道了在原有的基础上进行改进，以刚性有机配体对苯二甲酸和过渡金属zn合成的具有简单立方结构的三维MOF材料——MOF-5。2002年，Yaghi又以MOF-5为原型，改变MOF-5的有机联结体得到一系列具有与MOF-5类似结构的微孔金属有机配合物IRMOF材料，如：IRMOF-8、IRMOF-1l和IRMOF-18，实现了从晶态微孔材料到晶体介孔材料的跨越。金属有机骨架材料(MOFs)是目前广受关注的一类多孔纳米材料，具有高比表面积、可调的孔道、规整的结构和丰富的表面化学活性等优点，在气体存储、吸附分离、催化、生物医学等方面具有广阔的应用前景。然而研究显示，大部分MOFs的稳定性较差。当这些MOFs暴露于潮湿环境中时，其结构会发生不可逆转的坍塌，这一缺点限制了MOFs的应用。
技术实现思路
本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。鉴于上述和/或现有制备二维金属碳氮化物MXene和金属有机骨架杂化材料的技术空白，提出了本专利技术。因此，本专利技术其中的一个目的是解决现有技术中的不足，提供一种水热稳定性好的二维金属碳氮化物MXene和金属有机骨架杂化材料的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：一种杂化材料的制备方法，包括，采用氢氟酸选择性侵蚀MAX相合成MXene，后将MXene加入到合成金属有机骨架材料的前驱体溶液中合成杂化材料，经后处理得到产品。作为本专利技术所述杂化材料的制备方法的一种优选方案，其中：所述将MXene加入到合成金属有机骨架材料的前驱体溶液中合成杂化材料，其是将摩尔比为1～2:1的金属盐和有机配体溶于溶剂中，再加入MXene搅拌，在60～200℃下反应6～100h；所述金属盐，其中，金属离子包括Zr4+、Cr3+、Al3+、Fe3+、Zn2+、Cu2+或Mg2+中的一种或几种；所述有机配体包括吡啶、咪唑、均苯三酸或对苯二甲酸中的一种或几种；所述溶剂包括水、甲醇、乙醇、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、丙酮或氯仿中的一种或几种；所述搅拌，其转速为1000～2000rpm。作为本专利技术所述杂化材料的制备方法的一种优选方案，其中：所述采用HF选择性侵蚀MAX相的合成MXene，其是将HF加入到MAX相中，常温下反应2～24h，用去离子水洗涤数次，直至水溶液的pH接近中性，放入真空干燥箱70～90℃烘干12～24h。作为本专利技术所述杂化材料的制备方法的一种优选方案，其中：所述HF的浓度为45～55wt％，其添加量为每gMAX添加8～12mL。作为本专利技术所述杂化材料的制备方法的一种优选方案，其中：所述后处理，其是将合成的杂化材料用N，N-二甲基甲酰胺和无水乙醇浸泡洗涤，再用二氯甲烷浸泡3～7d，然后过滤干燥。本专利技术另一个目的是解决现有技术中的不足，提供一种水热稳定性好的二维金属碳氮化物MXene和金属有机骨架杂化材料。作为本专利技术所述杂化材料的一种优选方案，其中：所述二维金属碳氮化物与金属有机骨架的质量比为0.005～0.5:1。作为本专利技术所述杂化材料的一种优选方案，其中：所述二维金属碳氮化物与金属有机骨架的质量比为0.01～0.20:1。本专利技术再一个目的是提供一种利用权利要求6所述的杂化材料用于催化氧化苯乙烯体系的方法，将杂化材料在115～125℃下抽真空后加入氧化苯乙烯体系中，在55～65℃，900～1100r/min下搅拌反应。本专利技术再一个目的是提供一种二维金属碳氮化物MXene和金属有机骨架杂化材料在超级电容器方面的应用。本专利技术再一个目的是提供一种利用权利要求6所述的杂化材料用于催化氧化苯乙烯体系的方法，将杂化材料在140～160℃下抽真空预处理2～4h后，进行气体吸附。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术的二维金属碳氮化物MXene和金属有机骨架杂化材料只需在合成金属有机骨架的过程中加入MXene进行杂化制备，方法简单，可明显提高金属有机骨架材料的水热稳定性。(2)本专利技术提供的制备方法制得杂化材料的得率为70～90％。(3)本专利技术制得的金属有机骨架杂化材料作为催化剂在催化氧化反应体系中的效果极佳。(4)此专利技术制得的金属有机骨架杂化材料作为吸附剂在吸附分离体系中的效果极佳，最高吸附为CO2的吸附容量是9.46mmol/g吸附剂，CO2/CH4的吸附选择性是7.3:1，CO2/N2的吸附选择性是40:1。(5)杂化材料相比于纯MOF导电性增强，用作超级电容器效果极佳。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：图1为本专利技术实施例相关材料X射线衍射谱图，其中：1为HKUST-1稳定性测试处理前的谱图；2为HKUST-1稳定性测试处理后的谱图；3为实施例1的杂化材料稳定性测试处理前的谱图；4为实施例1的杂化材料稳定性测试处理后的谱图；5为实施例2的杂化材料稳定性测试处理前的谱图；6为实施例2的杂化材料稳定性测试处理后的谱图；7为实施例3的杂化材料稳定性测试处理前的谱图；8为实施例3的杂化材料稳定性测试处理后的谱图；9为实施例4的杂化材料稳定性测试处理前的谱图；10为实施例4的杂化材料稳定性测试处理后的谱图；11为实施例5的杂化材料稳定性测试处理前的谱图；12为实施例5的杂化材料稳定性测试处理后的谱图；13为MXene-Ti3C2的X射线衍射谱图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种杂化材料的制备方法，其特征在于：包括，采用氢氟酸选择性侵蚀MAX相合成MXene，后将MXene加入到合成金属有机骨架材料的前驱体溶液中合成杂化材料，经后处理得到产品。

【技术特征摘要】
1.一种杂化材料的制备方法，其特征在于：包括，采用氢氟酸选择性侵蚀MAX相合成MXene，后将MXene加入到合成金属有机骨架材料的前驱体溶液中合成杂化材料，经后处理得到产品。2.根据权利要求1所述杂化材料的制备方法，其特征在于：所述将MXene加入到合成金属有机骨架材料的前驱体溶液中合成杂化材料，其是将摩尔比为1～2:1的金属盐和有机配体溶于溶剂中，再加入MXene搅拌，在60～200℃下反应6～100h；所述金属盐，其中，金属离子包括Zr4+、Cr3+、Al3+、Fe3+、Zn2+、Cu2+或Mg2+中的一种或几种；所述有机配体包括吡啶、咪唑、均苯三酸或对苯二甲酸中的一种或几种；所述溶剂包括水、甲醇、乙醇、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、丙酮或氯仿中的一种或几种；所述搅拌，其转速为1000～2000rpm。3.根据权利要求1或2所述杂化材料的制备方法，其特征在于：所述采用HF选择性侵蚀MAX相的合成MXene，其是将HF加入到MAX相中，常温下反应2～24h，用去离子水洗涤数次，直至水溶液的pH接近中性，放入真空干燥箱70～90℃烘干1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓勤，高玉霞，孙林兵，刘定华，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32