制备纳米孔道的方法及其应用技术

本发明专利技术涉及制备纳米孔道的方法及其应用，具体以毛细管作为支撑体，在支撑体的依托下，锌离子水溶液从毛细管的尖端扩散至含有2‑咪唑甲醛交联剂的水溶液中，在毛细管尖端合成ZIF‑90结构，从而实现基于ZIF‑90结构的纳米孔道制备。本发明专利技术的纳米孔道结构制备方法简单，成本低，孔道尺寸小，结构可控，兼具沸石咪唑酯框架结构的小分子气体吸附特性，开发了ZIF‑90在纳米孔道方面的新应用，在纳米器件、传感等领域有潜在的应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米孔
和材料科学领域，是基于在毛细管尖端合成具有沸石结构的咪唑酯框架ZIF-90制备纳米孔道的方法及其应用。
技术介绍
随着人类对生命活动的认识逐步深入，单分子检测越来越受到重视，纳米孔分析技术则是目前最为年轻的单分子检测技术，其原理是分析待测物在通过纳米孔时带来的离子电流等可检测信号变化以达到检测的目的。因此当孔径与待测物尺寸接近时就会产生较大的信号变化，从而实现对单个分子、离子的检测。纳米孔分析技术检测条件温和，无需对检测物进行预处理，检测过程不破坏检测物的物化性质。近几年来，纳米孔分析技术发展迅速，生物蛋白α -溶血素、Si3N4膜、氧化铝膜等一大批材料被广泛应用于纳米孔分析技术中。目前，纳米孔技术已经在蛋白分析、DNA检测等诸多领域体现出其独有的魅力。沸石咪卩坐酯框架结构(Zeolitic Imidazolate Framework，ZIF)属于金属有机框架结构(Metal Organic Framework, M0F)材料的一种，具有类似沸石的拓扑结构，良好的热稳定性、高比表面积的多孔结构使其在气体分离、储存、催化等诸多领域有广泛的应用价值。目前技术制备的M0F材料主要以晶体或者粉末的形式存在，或者在载体表面作为膜材料进行应用，缺少将其作为纳米通道的支撑体，难以产生纳米通道带来的效果。ZIF-90是ZIF材料的一种，具有稳定的多孔结构，并且可以在水相中合成。将其借鉴到纳米孔道技术中，结合纳米尺度尖端的毛细管技术作为支撑，有望丰富M0F类材料的应用领域，制备具有离子筛选、整流特性和气体探测的多功能传感器件。【专利技术内容】本专利技术的目的是提供基于在毛细管尖端合成具有沸石结构的咪唑酯框架ZIF-90制备纳米孔道的方法。用该方法制备出的纳米孔道结构克服了 ZIF-90材料不能直接应用于纳米孔道技术的问题，开发了 ZIF-90材料的新应用。本专利技术主要通过如下技术方案来实现: 在毛细管支撑体的依托下，锌离子溶液从毛细管的尖端扩散至含有2-咪唑甲醛的水溶液中，从而在毛细管尖端合成纳米孔道结构。具体而言，本方法基于在温和条件下可以进行制备的沸石咪唑酯框架结构ZIF-90，锌离子扩散至含有交联剂2-咪唑甲醛的水溶液中，在尖端合成具有sod拓扑结构的纳米孔道结构。进一步的，本方法合成的纳米孔道结构主要在离子迀移、气体传感方面应用，因此本方法溶剂均为水。更进一步的，为促进2-咪唑甲醛的溶解，合成前将2-咪唑甲醛加入超纯水中，在80-90 °C下加热回流30 min得到澄清的2-咪唑甲醛水溶液，之后插入装有锌离子溶液的毛细管，锌离子溶液通过毛细管尖端扩散，在55-65 °(:恒温下控制其扩散速度，有利于ZIF-90框架结构的生成并聚集在毛细管尖端。本方法制备时间12-36 h，但不限制在12-36 h，由于毛细管尖端尺寸略有差异，相同条件下的扩散速度略有不同，优选条件下，制备时间12 h制备的纳米孔道结构尺寸直径1-10 ym，尺寸直径在1-200 ym均是可以稳定存在的。在本专利技术中，所述支撑体为玻璃毛细管，玻璃毛细管制备方法简单，制备条件成熟，容易操作，可控性较好，适宜用在水相环境。上述毛细管形状为圆形，但不限制为圆形，可以为方形、三角形等；毛细管中可包含引流管，但不限制为必须有流管的毛细管。此外，毛细管仅在尖端为纳米级，其尾部为宏观尺寸，总长度为几毫米到十几厘米。毛细管的制备为现有技术，本专利技术对此不作特别限定。本专利技术所制备的纳米孔道结构主要作为一种电化学器件进行应用，因此包括其电化学分析步骤:两根同样材质的金属丝分别作为工作电极和对电极，工作电极插入装有电解液的毛细管内部后使用，而对电极则直接插入外部电解液中，通过线性扫描伏安法测试其1-v曲线。以玻璃毛细管为支撑体制备的纳米孔道结构在电子器件、传感等领域有很好的应用价值。应用一:新型二极管，在合成前纳米管为尖端为100-200 nm的单孔，通过电化学测量1-v曲线，仅在电解质浓度较低的情况下有较为明显的整流现象，当合成完成之后，纳米管尖端为孔径小于lnm的亚纳米孔道结构，由于孔径已经接近离子尺寸，尖端锥形形貌以及带有负电的毛细管管壁使得阳离子内外不同方向的迀移难度差异化，所测电化学1-v信号会出现十分明显的整流效应。应用二:pH响应，由上述说明可知，玻璃毛细管壁的负电荷密度会很大程度上影响通过的电流大小，因此在内部电解液为不同浓度的强碱、强碱和弱碱的条件下“on”电位有不同大小的电流响应，即该结构在中性至碱性的pH区间内可以实现响应。应用三:二氧化碳传感，沸石咪唑酯框架(ZIF)结构对二氧化碳气体有很好的吸附效果，吸附二氧化碳后，ZIF结构原有的孔道结构会堵塞进而影响离子的迀移，因此本专利技术还可以作为二氧化碳等小分子气体的传感。从上述技术方案以及结果可知，本专利技术创新性地制备了基于沸石咪唑酯框架的纳米通道结构，开发了沸石咪唑酯框架ZIF-90在纳米通道技术中的应用。其优势在于原材料简单、廉价、易得，条件温和，器件结构稳定，可重复使用。且毛细管后端为宏观尺寸，方便与各种机械、电子设备结合，潜在的应用价值很大。【附图说明】图1是本专利技术制备纳米孔道结构的方法示意图。图2是沸石咪唑酯框架ZIF-90的结构示意图。图3是纳米玻璃毛细管加工后的电镜图。图4是制备的不同尺寸的纳米孔道结构照片。图5是电化学测试装置示意图。图6是电解质为0.01 mol/L氢氧化钠溶液时的i_V曲线。图7是不同浓度氢氧化钠溶液的1-V曲线。图8是不同电解质溶液的1-V曲线。 图9是吸附0)2后-0.3 V下电流变化。【具体实施方式】下面结合实施例和【附图说明】对本专利技术的技术方案做进一步的说明，但不应理解为对本专利技术的限制: 实施例1 本专利技术制备纳米孔道的方法，包括如下步骤: (1)制备玻璃毛细管尖端:所用的仪器为美国SUTTE当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备纳米孔道的方法，其特征在于，在毛细管尖端合成具有沸石结构的咪唑酯框架ZIF‑90，直接基于ZIF‑90结构制备纳米孔器件。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王康，姜泽宇，夏兴华，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32