一种基于金属‑有机框架物的纳米氧化物及其制备方法技术

技术编号:13917355 阅读:170 留言:0更新日期:2016-10-27 15:34
本发明专利技术提供了一种基于金属‑有机框架物的纳米氧化物及其制备方法,属于新材料技术领域。用金属硝酸盐反应得到金属‑有机框架物,用碱溶液处理,将碱处理后得到的前驱体,再近一步热解得到。该方法成功摆脱了传统金属‑有机框架物热解法制备金属氧化物对材料本身的诸多限制。并且此方法提供的碱解过程,不仅可以更有效的控制合成材料的纳米材料的形貌以增强其电容器容量,而且可以有效的回收合成晶态材料时所使用的有机羧酸配体,大大降低了合成材料所花费的成本。本方法对常规MOFs材料合成具有特定纳米形貌和纳米尺寸的金属氧化物提供一条新的思路,并对以此合成具有优良电容性能材料的工业化生产的拓展具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于新材料
,具体涉及一种基于金属-有机框架物的纳米氧化物及其制备方法。
技术介绍
金属-有机框架物(Metal-organic Frameworks,MOFs)是由金属离子和有机配体自组装构筑起来的一类结晶的多孔材料,在过去的几十年间受到人们的广泛关注并且这一领域取得了巨大的进展。构成金属-有机框架物的金属元素和有机物可以在一定的条件下转化为金属/金属氧化物和多孔碳,这也是金属-有机框架物最近几年的研究热点。金属氧化物由于其在能源方面优良表现,备受科学界关注,尤其是作为锂离子电池和超级电容器电极材料。MOFs结构中含有大量的金属离子,在合适的热解条件下可以得到纳米结构的金属基材料。尤其是MOFs具有结构多样性,其构筑金属元素可以从过渡元素拓展到主族元素和镧系元素,为多种氧化物(Al2O3,Co3O4,Fe2O3,ZnO,CdO,PbO,In2O3,Bi2O3,Sm2O3,Eu2O3等)的制备提供可能。由MOFs材料制备金属氧化物常用的方法也有两种。第一种方法是直接在空气中热解MOFs材料,第二种方法是先在氮气中热解得到碳包覆的金属或者金属氧化物,然后在空气中进行热解得到金属氧化物。第一种方法相对直接简便,但是容易得到团聚的氧化物,而第二种方法对于防止金属氧化物的团聚有一定作用。Xu等人利用含Co的MOFs在空气中直接热解制备的凝聚的Co3O4纳米粒子,得到的Co3O4纳米粒子直径接近250nm,是由更小的25nm左右的纳米粒子凝聚而成。作为锂离子电池电极材料,在50次循环之后仍然具有965mAh g-1的可逆容量。这样高的电化学性能归于凝聚的纳米粒子独特的初级-次级纳米结构,对于容量,倍率性能和循环寿命的提高都很有效[B.Liu,X.Zhang,H.Shioyama,T.Mukai,T.Sakai,Q.Xu,JPOWER SOURCES 2010,195,857.]。得到的Fe2O3显示出很高的锂离子储存能力和循环稳定性。Lou等人,利用MOFs制备出具有等级层状结构的Fe2O3盒子,在650℃制备的样品30次循环之后仍然具有高达945mAh g-1的可逆容量。和其他方法制备的Fe2O3基材料相比,独特的等级孔结构是其高的可逆容量和循环性能的原因[L.Zhang,H.B.Wu,S.Madhavi,H.H.Hng,X.W.D.Lou,JAMCHEMSOC 2012,134,17388.]。通过在空气中直接热解Co-8-羟基喹啉得到的Co3O4纳米绳具有15-20nm的直径和2-3μm的长度,在3M的KOH中显示出207.8F g-1的电容[H.Pang,F.Gao,Q.Chen,R.Liu,Q.Lu,DALTONT2012,41,5862.]。利用另一个Co基配位聚合物{Co5(OH)2(CH3COO)82H2O本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于金属‑有机框架物的纳米氧化物的制备方法,其特征在于,所述的基于金属‑有机框架物的纳米氧化物用金属硝酸盐反应得到的金属‑有机框架物为模板,用碱溶液处理,再将处理后得到的前驱体热解得到目标产物。

【技术特征摘要】
1.一种基于金属-有机框架物的纳米氧化物的制备方法,其特征在于,所述的基于金属-有机框架物的纳米氧化物用金属硝酸盐反应得到的金属-有机框架物为模板,用碱溶液处理,再将处理后得到的前驱体热解得到目标产物。2.根据权利要求1所述的基于金属-有机框架物的纳米氧化物的制备方法,其特征在于,所述的金属-有机框架物采用金属硝酸盐与2,3,5,6-四甲基-1,4-双间苯二甲酸TMBDI反应得到。3.根据权利要求2所述的基于金属-有机框架物的纳米氧化物的制备方法,其特征在于,所述的金属-有机框架物在包含N,N-二甲基乙酰胺DMA的溶剂中反应得到。4.根据权利要求1-3任一项所述的基于金属-有机框架物的纳米氧化物的制备方法,其特征在于,所述的制备方法包括以下步骤:(1)UPC-9金属-有机框架物的制备:称取硝酸钴和2,3,5,6-四甲基-1,4-双间苯二甲酸TMBDI按照质量比1:(0.4~0.8)置于反应釜中,加入包含N,N-二甲基乙酰胺DMA的有机溶剂3~5ml,震荡使其混合均匀,在100~140℃条件下反应12~72小时,然后冷却至室温;过滤上述反应液,将沉淀用母液洗涤,常温下干燥得到所需的晶态材料UPC-9金属-有机框架物,用于下一步测试和实验;(2)四氧化三钴纳米片的制备:称取50~150mg UPC-9金属-有机框架物置于样品管中,然后加入8ml 0.1-6M KOH溶液,震荡使其均匀分散,浸泡15~60分钟后,倾倒上层清液于烧杯中,再加入8ml上述KOH...

【专利技术属性】
技术研发人员:孙道峰肖振宇范黎黎
申请(专利权)人:中国石油大学华东
类型:发明
国别省市:山东;37

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