不锈钢基底金属有机骨架薄膜材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种不锈钢基底金属有机骨架薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：将基底浸没至氢氟酸溶液内；取出基底，采用乙醇对基底进行清洗多次，并真空干燥；配置反应溶液和混合溶剂，包括铜盐溶液、有机配体溶液、乙醇洗液和DMF洗液；依次将基底浸没至配置好的反应溶剂和混合溶剂，循环20‑30次；真空干燥，获得Cu(BDC)金属有机骨架晶体薄膜材料。本发明专利技术不锈钢基底金属有机骨架薄膜材料的制备方法选择工程应用中常见的镀镍不锈钢材料作为基底，利用层层自组装方法，在不锈钢材料表面实施晶体原位生长，得到晶粒大小均一、晶面分明、附着力强的铜基MOFs薄膜材料，该方法操作简单、方便、耗能低、效果好，有利于工业生产和工程应用。

Preparation of metal organic frameworks thin films on stainless steel substrates

The invention discloses a preparation method of metal-organic framework film material on stainless steel substrate, which comprises the following steps: immersing the substrate into hydrofluoric acid solution; taking out the substrate, cleaning the substrate several times with ethanol, and vacuum drying; allocating reaction solution and mixed solvent, including copper salt solution and organic ligand solution. The substrate was immersed into the prepared reaction solvent and mixed solvent in turn and circulated 20 30 times. The Cu (BDC) metal-organic skeleton crystal film was obtained by vacuum drying. The preparation method of the metal-organic skeleton film material on the stainless steel substrate of the invention selects the nickel-plated stainless steel material commonly used in engineering application as the substrate, and uses the layer-by-layer self-assembly method to carry out in-situ crystal growth on the surface of the stainless steel material, and obtains the copper-based MOFs film material with uniform grain size, clear crystal plane and strong adhesion. The method is simple, convenient, low energy consumption and good effect, and is beneficial to industrial production and engineering application.

【技术实现步骤摘要】
不锈钢基底金属有机骨架薄膜材料的制备方法
本专利技术涉及新材料制备方法，尤其涉及一种不锈钢基底金属有机骨架薄膜材料的制备方法。
技术介绍
金属-有机骨架材料(MOFs)主要由芳香酸或碱的N、O多齿有机配体，通过配位键与无机金属中心杂化形成的立体网络结构晶体，又被称为多孔配位聚合物(porouscoordinationpolymer，PCP)。由于MOFs具有完整的晶态结构、均一的孔尺寸、超高的比表面积与孔隙率、功能多样性和可工业化生产的潜质，使其最近10年在气体吸附与分离、催化、发光、传感和导体等方面作为潜力巨大的材料，得到了卓有成效的研究与开发。MOFs材料通常以粉体状态呈现，限制了其在功能表达、器件制作和后期处理等方面的应用价值，因此制备并开发出薄膜状MOFs材料将具有非常重大的科研与实用价值，并加快MOFs材料在吸附、分离、催化、传感和电池等领域的应用进程。金属有机骨架作为晶体材料，实现其功能表达之前，必须组装成连续、均一的薄膜状材料用于器件制备，将金属有机骨架材料做成薄膜非常有必要。MOFs薄膜材料常见的制备方法有原位晶化法、电化学沉积法、喷雾法和二次生长法等，但是这些方法存在晶体不均一、难以控制、操作复杂和制备过程能耗大等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种不锈钢基底金属有机骨架薄膜材料的制备方法。本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：一种不锈钢基底金属有机骨架薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将基底浸没至氢氟酸溶液内，浸没时间10min；S2、取出基底，采用乙醇对基底进行清洗多次，并真空干燥；S3、配置反应溶液和混合溶剂，包括铜盐溶液、有机配体溶液、乙醇洗液和DMF洗液；所述铜盐溶液的溶质为铜无机金属盐，溶剂为乙醇；所述有机配体溶液的溶质为对苯二甲酸，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺与乙醇混合液；所述乙醇洗液为乙醇与蒸馏水混合液；所述DMF洗液为N,N-二甲基甲酰胺、乙醇与蒸馏水混合液；S4、依次将基底浸没至配置好的反应溶剂和混合溶剂，浸没顺序和时间依次为：将基底浸没至铜盐溶液内，浸没时间30min；将基底浸没至有机配体溶液，浸没时间5min；将基底浸没至乙醇洗液，浸没时间30min；将基底浸没至MDF洗液，浸没时间5min；S5、循环步骤S420-30次；S6、真空干燥8h，获得Cu(BDC)金属有机骨架晶体薄膜材料。具体地，所述氢氟酸溶液的质量分为为10-40％，所述基座为镀镍不锈钢材料，且镍原子比例大于90％。具体地，所述有机配体溶剂中N,N-二甲基甲酰胺与乙醇的体积比为1:1，所述乙醇洗液中乙醇与蒸馏水的体积比为1:1，所述DMF洗液中N,N-二甲基甲酰胺、乙醇与蒸馏水的体积比为1:1:1。具体地，所述铜无机金属盐为无水硫酸铜/无水氯化铜/五水硫酸铜/无水溴化铜/三水硝酸铜。本专利技术的有益效果在于：本专利技术不锈钢基底金属有机骨架薄膜材料的制备方法选择工程应用中常见的镀镍不锈钢材料作为基底，利用层层自组装方法，在不锈钢材料表面实施晶体原位生长，得到晶粒大小均一、晶面分明、附着力强的铜基MOFs薄膜材料，该方法操作简单、方便、耗能低、效果好，有利于工业生产和工程应用。附图说明图1是本专利技术所述的不锈钢基底金属有机骨架薄膜材料的制备方法制备的有机骨架薄膜材料的示意图，铜源为三水硝酸铜；图2是图1的放大图；图3是实施例中表面处理后的基底的XRD图谱；图4是实施例中表面处理后的基底表面元素分布比例图；图5是实施例中有机骨架薄膜材料的表面元素分布比例图。具体实施方式下面结合附图1、图2、图3、图4和图5对本专利技术作进一步说明：提供一个具体的实施例，其中以三水硝酸铜为铜源，即铜无机金属盐。(1)不锈钢材料表面处理：称取10g质量分数40％的氢氟酸溶液，加入到10g蒸馏水中，搅拌稀释后，于常温下将不锈钢材料浸没于溶液中20min。随后取出不锈钢基底，乙醇洗涤3次，并于真空条件下干燥30min。(2)配制溶液与洗液：称取1.5g三水硝酸铜，溶于100ml乙醇中，得到铜盐溶液；称取0.66g对苯二甲酸，溶于乙醇(50ml)与N,N-二甲基甲酰胺(50ml)混合溶剂中，得到有机配体溶液；称取乙醇与蒸馏水各50ml，混合均匀，得到乙醇洗液；称取N,N-二甲基甲酰胺、乙醇和蒸馏水各30ml，混合均匀，得到DMF洗液。(3)金属有机骨架晶体材料原位生长：将不锈钢材料在铜盐溶液、乙醇洗液、有机配体溶液和DMF洗液中，分别浸没30min、5min、30min、5min，并如此循环20次，得到表面生长覆盖有金属有机骨架晶体薄膜的材料。从图1和图2看出，薄膜材料由许多微小晶体颗粒组成，且晶粒大小均匀，连接致密。从图4看出，不锈钢材料的表面主要由镍(Ni)和铁(Fe)元素组成；附着金属有机骨架薄膜材料之后，表面元素主要由铜(Cu)和氧(O)组成(图5)，且元素含量接近1:1，说明在不锈钢材料的表面均匀覆盖着一层铜基金属有机骨架薄膜材料。另外，采用XRD测试分析(图3)，可清晰地分辨出Cu(BDC)晶体薄膜的衍射峰(26.4°和36.8°)。SS代表不锈钢材料，Cu(BDC)代表粉体铜基金属有机骨架材料，SS-Cu(BDC)代表以不锈钢为基底的铜基金属有机骨架薄膜材料。本专利技术的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本专利技术的技术方案做出的技术变形，均落入本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种不锈钢基底金属有机骨架薄膜材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、将基底浸没至氢氟酸溶液内，浸没时间10min；S2、取出基底，采用乙醇对基底进行清洗多次，并真空干燥；S3、配置反应溶液和混合溶剂，包括铜盐溶液、有机配体溶液、乙醇洗液和DMF洗液；所述铜盐溶液的溶质为铜无机金属盐，溶剂为乙醇；所述有机配体溶液的溶质为对苯二甲酸，溶剂为N,N‑二甲基甲酰胺与乙醇混合液；所述乙醇洗液为乙醇与蒸馏水混合液；所述DMF洗液为N,N‑二甲基甲酰胺、乙醇与蒸馏水混合液；S4、依次将基底浸没至配置好的反应溶剂和混合溶剂，浸没顺序和时间依次为：将基底浸没至铜盐溶液内，浸没时间30min；将基底浸没至有机配体溶液，浸没时间5min；将基底浸没至乙醇洗液，浸没时间30min；将基底浸没至MDF洗液，浸没时间5min；S5、循环步骤S420‑30次；S6、真空干燥8h，获得Cu(BDC)金属有机骨架晶体薄膜材料。

【技术特征摘要】
1.一种不锈钢基底金属有机骨架薄膜材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、将基底浸没至氢氟酸溶液内，浸没时间10min；S2、取出基底，采用乙醇对基底进行清洗多次，并真空干燥；S3、配置反应溶液和混合溶剂，包括铜盐溶液、有机配体溶液、乙醇洗液和DMF洗液；所述铜盐溶液的溶质为铜无机金属盐，溶剂为乙醇；所述有机配体溶液的溶质为对苯二甲酸，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺与乙醇混合液；所述乙醇洗液为乙醇与蒸馏水混合液；所述DMF洗液为N,N-二甲基甲酰胺、乙醇与蒸馏水混合液；S4、依次将基底浸没至配置好的反应溶剂和混合溶剂，浸没顺序和时间依次为：将基底浸没至铜盐溶液内，浸没时间30min；将基底浸没至有机配体溶液，浸没时间5min；将基底浸没至乙醇洗液，浸没时间30min；将基底浸没至MDF...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨龙，邱勇，吴菊英，袁萍，何韧，邢涛，黄渝鸿，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院总体工程研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51