一种金属有机气凝胶的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种金属有机气凝胶的制备方法，本发明专利技术利用有机配体对金属片进行腐蚀，使金属片将金属离子缓慢释放到反应液中，冷却和静置过程中金属离子与有机配体定向组装形成由均匀纳米线组成的具有三维网络状的水凝胶结构，进一步通过冷冻干燥得到金属有机气凝胶材料。本发明专利技术使用金属片作为金属离子源，在反应过程中不会引入无机酸根离子，因而省去了清洗过程，步骤简单，成本低；本发明专利技术提供的制备方法可大规模制备金属有机气凝胶材料，且气凝胶材料中MOFs的含量容易控制，具有广阔的应用前景。

A preparation method of metal organic aerogels

The invention provides a preparation method of metal organic aerogels. The invention uses organic ligands to corrode metal sheets, so that metal sheets slowly release metal ions into the reaction liquid, and metal ions and organic ligands are assembled in the cooling and static process to form three-dimensional network water composed of uniform nanowires. The gel structure was further obtained by freeze drying to obtain metal organic aerogel materials. The invention uses metal sheet as a metal ion source, and does not introduce inorganic acid ions in the reaction process, thereby eliminating the cleaning process, simple steps and low cost. The preparation method provided by the invention can prepare metal organic aerogel material in large scale, and the content of MOFs in aerogel material is easy to control, and has wide range. Application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种金属有机气凝胶的制备方法
本专利技术涉及金属有机框架材料的
，特别涉及一种金属有机气凝胶的制备方法。
技术介绍
金属有机框架材料(Metal-OrganicFrameworks,MOFs)是由有机配体和金属离子通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙的有机-无机杂化材料。MOFs具有超高的孔隙率、巨大的比表面积，组成结构易调，且同时具有无机和有机两方面的特点，在气体存储与分离、非均相催化、离子交换、发光、磁性和药物输运等方面都具有良好的应用前景。气凝胶材料是空间网状结构中充满气体介质，外表呈固体状的材料，气凝胶材料不仅密度低、孔的类型多样，内部的三维网状结构有利于一些离子和大分子的扩散，而且其宏观形状可控，是一种理想的轻质多孔材料。将MOFs材料直接制备成金属有机气凝胶，不仅保存了金属有机框架材料中固有的物理化学性质，而且可以通过调控宏观形状扩展其实际应用。目前金属有机气凝胶的制备方法主要是金属盐与有机配体在水热或超声条件下获得，使用金属盐为原料不可避免地会引入无机酸根离子，增加清洗的步骤，制备方法复杂，不易大规模生长金属有机气凝胶。因此寻找一种简单高效的金属有机气凝胶制备方法非常重要。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种步骤简单的金属有机气凝胶的制备方法，使用本专利技术的制备方法可以大规模制备金属有机气凝胶，且所得气凝胶材料中的MOFs浓度容易调节。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：一种金属有机气凝胶的制备方法，包括以下步骤：将金属片置于有机配体水溶液中进行水热反应，得到金属有机水凝胶前驱体溶液；将所述金属有机水凝胶前驱体溶液进行冷却和静置，得到金属有机水凝胶；将所述金属有机水凝胶冷冻干燥，得到金属有机气凝胶。优选的，所述有机配体为酸性有机配体。优选的，所述酸性有机配体包括均苯三甲酸。优选的，所述有机配体水溶液的浓度为0.01～0.2mol/L。优选的，所述金属片包括镍片、钴片、铁片、铜片、锌片和镁片中的一种或几种。优选的，所述水热反应的温度为100～160℃，水热反应的时间为1～24h。优选的，所述冷冻干燥的温度为-10～-20℃，冷冻干燥的时间为24～72h。优选的，所述冷却后还包括静置；所述静置的时间为12～36h。本专利技术提供了一种金属有机气凝胶的制备方法，包括以下步骤：将金属片置于有机配体水溶液中进行水热反应，得到金属有机水凝胶前驱体溶液；将所述金属有机水凝胶前驱体溶液依次进行冷却和静置，得到金属有机水凝胶；将金属有机水凝胶冷冻干燥，得到金属有机气凝胶。本专利技术在水热反应过程中利用有机配体对金属片进行腐蚀，使金属片将金属离子缓慢释放到反应液中，冷却和静置过程中金属离子与有机配体定向组装形成由均匀纳米线组成的具有三维网络状的水凝胶结构，进一步通过冷冻干燥得到金属有机气凝胶材料。本专利技术使用金属片作为金属离子源，在反应过程中不会引入无机酸根离子，因而省去了清洗过程，步骤简单，成本低。进一步的，本专利技术提供的制备方法中金属片可以持续释放金属离子，在制备过程中通过调节有机配体浓度或水热处理时间即可控制金属有机气凝胶材料中MOFs的含量，通过控制有机配体水溶液的体积即可得到不同体积的金属有机气凝胶材料。因此，本专利技术提供的制备方法可大规模制备金属有机气凝胶材料，且气凝胶材料中MOFs的含量容易控制，具有广阔的应用前景。本专利技术提供的制备方法制备的金属有机气凝胶材料纳米纤维分布均匀，尺寸均一、水稳定性强。实施例结果表明，本专利技术制备方法制备的金属有机气凝胶材料中MOFs纳米带的直径为0.3～0.5μm，且未冷冻干燥前得到的金属有机水凝胶在成胶10天后形貌无明显变化，说明该凝胶材料具有良好的水稳定性；本专利技术的制备方法在有机配体浓度为0.01～0.2mol/L时均可成胶，所得金属有机气凝胶中MOFs的含量为0.01～0.2mol/L，金属有机气凝胶的质量密度为0.002～0.042g/cm3。附图说明图1为本专利技术的实施例1中冷却静置过程中金属有机水凝胶的形成过程图；图2为本专利技术实施例1制备的金属有机气凝胶的实物照片；图3为本专利技术实施例1得到的金属有机水凝胶的扫描电镜图；图4为本专利技术实施例1步骤(2)中静置6h和静置12h后得到的金属有机水凝胶的扫描电镜图；图5为本专利技术实施例1中金属有机水凝胶形成2h后和10天后的扫描电镜图；图6为本专利技术实施例1得到的金属有机气凝胶的X射线衍射图谱；图7为本专利技术实施例1得到的金属有机气凝胶的晶体结构图；图8为本专利技术实施例1得到的金属有机气凝胶的热重图谱；图9为本专利技术实施例2得到的金属有机水凝胶的扫描电镜图；图10为本专利技术实施例5得到的金属有机水凝胶的扫描电镜图；图11为本专利技术实施例6得到的金属有机水凝胶的扫描电镜图；图12为本专利技术实施例7得到的金属有机水凝胶的扫描电镜图；图13为本专利技术实施例8得到的金属有机水凝胶的扫描电镜图。具体实施方式本专利技术提供了一种金属有机气凝胶的制备方法，包括以下步骤：将金属片置于有机配体水溶液中进行水热反应，得到金属有机水凝胶前驱体溶液；将所述金属有机水凝胶前驱体溶液进行冷却和静置，得到金属有机水凝胶；将金属有机水凝胶冷冻干燥，得到金属有机气凝胶。本专利技术将金属片置于有机配体水溶液中进行水热反应，得到金属有机水凝胶前驱体溶液。在本专利技术中，所述有机配体优选为酸性有机配体，更优选为均苯三甲酸；所述有机配体水溶液的浓度优选为0.01～0.2mol/L，更优选为0.1～0.2mol/L。本专利技术优选将有机配体和水混合后进行超声，得到有机配体水溶液。在本专利技术中，所述水优选为去离子水；所述超声的时间优选为0.5～2h，更优选为1h；所述超声的功率优选为100W；本专利技术通过超声使有机配体尽可能的溶解在水中，使有机配体水溶液体系更加稳定。在本专利技术中，有机配体可以和金属离子进行定向组装，有机配体溶液的浓度越高，最终所得金属有机气凝胶材料中MOFs所占质量比例越大，体现为金属有机气凝胶材料的质量密度增大。在本专利技术中，所述金属片优选为镍片、钴片、铁片、铜片、锌片和镁片中的一种或几种；所述金属片的纯度优选≥99.99％，更优选≥99.999％；本专利技术对所述金属片的面积和厚度没有特殊要求，在本专利技术的具体实施例中，优选根据反应釜的大小确定金属片的面积和厚度。本专利技术优选对金属片进行清洗后再进行水热反应。在本专利技术中，所述清洗优选包括依次进行的酸洗和水洗；所述酸洗用酸洗剂优选为盐酸溶液，所述盐酸溶液的浓度优选为0.1mol/L；所述水洗用水优选为去离子水；本专利技术对具体的清洗方法没有特殊要求，使用本领域技术人员熟知的清洗方法即可。本专利技术通过清洗去除金属片表面的杂质。在本专利技术中，所述水热反应的温度优选为100～160℃，更优选为110～150℃，最优选为120～140℃；水热反应的时间优选为1～24h，更优选为2～20h，最优选为5～15h。在本专利技术的水热反应过程中，金属片在有机配体的腐蚀作用下不断释放金属离子，水热反应时间越长，释放的金属离子越多，从而最终得到的金属有机气凝胶中MOFs所占质量比例越大，体现为金属有机气凝胶的质量密度增大。本专利技术优选在聚四氟乙烯高压反应釜中进行水热反应，本专利技术优选将有机配体水溶液至于反应釜中，将金属片倾斜置于反应釜中，将金属片倾斜放置可使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属有机气凝胶的制备方法，包括以下步骤：将金属片置于有机配体水溶液中进行水热反应，得到金属有机水凝胶前驱体溶液；将所述金属有机水凝胶前驱体溶液进行冷却和静置，得到金属有机水凝胶；将所述金属有机水凝胶冷冻干燥，得到金属有机气凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种金属有机气凝胶的制备方法，包括以下步骤：将金属片置于有机配体水溶液中进行水热反应，得到金属有机水凝胶前驱体溶液；将所述金属有机水凝胶前驱体溶液进行冷却和静置，得到金属有机水凝胶；将所述金属有机水凝胶冷冻干燥，得到金属有机气凝胶。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机配体为酸性有机配体。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述酸性有机配体为均苯三甲酸。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述有机配体水...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海民，童明玉，刘盛文，赵惠军，张云霞，汪国忠，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34