一种使用种子生长合成制备沸石咪唑酯骨架材料ZIF-8纳米八三足体的方法技术

本发明专利技术涉及一种使用种子生长合成制备沸石咪唑酯骨架材料ZIF‑8纳米八三足体的方法，包括步骤如下：(1)将锌盐、咪唑配体、表面活性剂和水在室温下混合溶解，室温保温1‑4h，洗涤得ZIF‑8截顶十二面体种子，然后分散到水中得到种子分散液；(2)将锌盐、咪唑配体、表面活性剂、种子分散液与溶剂在室温下搅拌混合溶解，在室温下保温1‑12h，洗涤得到ZIF‑8纳米八三足体产物。本发明专利技术合成出的纳米八三足体ZIF‑8突破了长久以来ZIF‑8多面体形貌的瓶颈，为ZIF‑8的产物形貌提供了更多的可能性。

【技术实现步骤摘要】
一种使用种子生长合成制备沸石咪唑酯骨架材料ZIF-8纳米八三足体的方法
：本专利技术涉及一种制备ZIF-8纳米八三足体的方法，属于晶体材料合成的

技术介绍
：沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)是一类具有沸石骨架结构的金属有机骨架材料(MOFs)，其中的过渡金属主要是二价的Zn、Co等，有机配体为咪唑或咪唑衍生物。与传统沸石相比较而言，过渡金属离子取代了传统沸石中的Si元素和Al元素，咪唑酯取代了传统沸石中的氧桥，通过咪唑环上的氮原子相连而成的一种类沸石结构材料。ZIF-8是沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)的一种，由2-甲基咪唑与金属原子Zn构成最基本单元，其中每个Zn原子与四个2-甲基咪唑环上的N原子配位，形成一个具有正四面体结构的ZnN4团簇，再以这些团簇作为节点，通过2-甲基咪唑上的咪唑环相连接，构成一个具有正六面体晶型的笼状配位化合物。ZIF-8与其他无机粒子相比，它具有较高的比表面积(达到1947m2/g)、高的热稳定性和很好的化学稳定性等特点。由于这些优点，ZIF-8被广泛的应用于催化、气体分离和储存等领域。目前ZIF-8的制备技术主要包括室温合成法、水热法、模板法、微波合成法等。例如：中国专利文件CN105985362A公开了一种制备沸石咪唑酯骨架结构材料的方法，在常温常压下，利用无机碱或者有机胺作为去质子化剂，以咪唑类化合物与锌、钴金属离子构成具有沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIFs)。该方法快速、高效且目标物纯度高，不含有氧化锌等杂质，粒径尺寸在纳米级，具有高比表面积，产率在85％以上。中国专利文件CN108129670A公开了一种梯度多孔金属有机骨架ZIF-8的制备方法，将有机配体2-甲基咪唑溶解在去离子水中，待2-甲基咪唑彻底溶解后，加入聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液，并搅拌均匀；将二价锌盐溶解在去离子水中，彻底溶解后与上述有机配体溶液混合，搅拌反应得到悬浮液；将悬浮液过滤或离心分离得固体产物，以去离子水洗涤后干燥，得到ZIF-8系列材料。但是，这些方法大多都是一步合成法，在成核及生长阶段难以控制，限制了ZIF-8形貌的控制与创新。
技术实现思路
：针对现有技术的不足，本专利技术提供一种ZIF-8纳米八三足体的制备方法。术语说明：室温：本专利技术所述的室温为操作环境温度，一般为15-28℃。本专利技术的技术方案如下：一种使用种子生长合成制备沸石咪唑酯骨架材料ZIF-8纳米八三足体的方法，包括步骤如下：(1)将锌盐、咪唑配体、表面活性剂和水在室温下混合溶解，室温保温1-4h，洗涤得ZIF-8截顶十二面体种子，然后分散到水中得到种子分散液；(2)将锌盐、咪唑配体、表面活性剂、种子分散液与溶剂在室温下搅拌混合溶解，在室温下保温1-12h，洗涤得到ZIF-8纳米八三足体产物。根据本专利技术，优选的，步骤(1)中所述锌盐包括硝酸锌、乙酸锌、硫酸锌、氯化锌中的一种，优选为乙酸锌；所述咪唑配体包括咪唑、2-甲基咪唑、硝基咪唑、苯并咪唑、4-甲基咪唑、4-硝基咪唑、N-丙基咪唑中的一种，优选为2-甲基咪唑；所述表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种，优选的为十六烷基三甲基溴化铵。根据本专利技术，优选的，步骤(1)中锌盐、咪唑配体、表面活性剂的摩尔比为(1-2)：(12-15)：(0.002-0.004)，进一步优选1.37：13.6:0.0025；优选的，咪唑配体的摩尔用量与水的体积比为13.6：(8-15)mol/L。根据本专利技术，优选的，步骤(1)中洗涤所用试剂为为甲醇、水或乙醇；优选的，所述的种子分散液的质量浓度为1-100g/L。根据本专利技术，优选的，步骤(2)中所述锌盐包括硝酸锌、乙酸锌、硫酸锌、氯化锌中的一种，优选为硝酸锌；所述咪唑配体包括咪唑、2-甲基咪唑、硝基咪唑、苯并咪唑、4-甲基咪唑、4-硝基咪唑、N-丙基咪唑中的一种，优选为2-甲基咪唑；所述表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种，优选的为十六烷基三甲基溴化铵。所述溶剂为水、甲醇、N,N二甲基甲酰胺中的一种，优选的为水。根据本专利技术，优选的，步骤(2)中锌盐、咪唑配体、表面活性剂的摩尔比为(1-200)：(100-3000)：(0.01-4)；进一步优选0.096:1.32:0.00144；优选的，咪唑配体的摩尔用量与溶剂的体积比为(0.1-3)：(2-4)mol/L，进一步优选1.32:3mol/L；优选的，咪唑配体的摩尔用量与种子分散液的体积比为(0.1-3)：(0.1-0.5)mol/L，进一步优选1.32:0.2mol/L。本专利技术的原理和有益效果如下：1、本专利技术使用种子生长法制备ZIF-8纳米八三足体，选择预先合成的种子而不是前驱体作为晶体生长的起点。通常，种子最初在尺寸，形状和结晶度方面都具有高纯度，然后按照顺序依次引入前驱体，还原剂，封端剂等试剂，使晶体开始生长。与一步合成法相比，本专利技术可以避开复杂且不易控制的初始成核步骤，并从热力学和动力学角度精确控制生长阶段。2、本专利技术制备方法，条件简单，无需加热、微波等条件，仅在室温下就可以成功合成。并且可对形貌进行精确控制。3、本专利技术合成出的纳米八三足体ZIF-8突破了长久以来ZIF-8多面体形貌的瓶颈，为ZIF-8的产物形貌提供了更多的可能性。附图说明：图1为实施例1制备的ZIF-8纳米八三足体的低倍扫描电子显微镜(SEM)图。图2为实施例1制备的ZIF-8纳米八三足体的高倍扫描电子显微镜(SEM)图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细的说明，但不限于此。实施例1一种使用种子生长合成制备沸石咪唑酯骨架材料ZIF-8纳米八三足体的方法，包括步骤如下：(1)将1.37mmol乙酸锌、13.6mmol2-甲基咪唑、2.5μmol十六烷基三甲基溴化铵、与10mL水在室温下搅拌混合溶解，将此混合物保温在室温下2小时，将反应液洗涤得到ZIF-8截顶十二面体种子，并分散在10mL水中得到种子分散液。(2)将96μmol硝酸锌、1.32mmol2-甲基咪唑、1.44μmol十六烷基三甲基溴化铵、200μL的种子分散液、与3mL水在室温下搅拌混合溶解，将此混合物保温在室温3小时，将反应液洗涤得到ZIF-8纳米八三足体产物。本实施例制得的ZIF-8纳米八三足体产物扫描电子显微镜(SEM)图，如图1、2所示。由图1、2可知，在立方体种子经过长大为更大的立方体后，在立方体的八个顶点的三个方向上分别长出了长约300nm的棒状结构，最终产物呈现出纳米八三足体形貌。实施例2一种使用种子生长合成制备沸石咪唑酯骨架材料ZIF-8纳米八三足体的方法，包括步骤如下：(1)将1.37mmol乙酸锌、13.6mmol2-甲基咪唑、2.5μmol十六烷基三甲基溴化铵、与10mL水在室温下搅拌混合溶解，将此混合物保温在室温下2小时，将反应液洗涤得到ZIF-8截顶十二面体种子，并分散在10mL水中得到种子分散液。(2)将96μmol乙酸锌、1.32mmol2-甲基咪唑、1.44μmol十六烷基三甲基溴化铵、200μL的种子分散液、与3mL水在室温下搅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用种子生长合成制备沸石咪唑酯骨架材料ZIF‑8纳米八三足体的方法，包括步骤如下：(1)将锌盐、咪唑配体、表面活性剂和水在室温下混合溶解，室温保温1‑4h，洗涤得ZIF‑8截顶十二面体种子，然后分散到水中得到种子分散液；锌盐、咪唑配体、表面活性剂的摩尔比为(1‑2)：(12‑15)：(0.002‑0.004)；(2)将锌盐、咪唑配体、表面活性剂、种子分散液与溶剂在室温下搅拌混合溶解，在室温下保温1‑12h，洗涤得到ZIF‑8纳米八三足体产物。

【技术特征摘要】
1.一种使用种子生长合成制备沸石咪唑酯骨架材料ZIF-8纳米八三足体的方法，包括步骤如下：(1)将锌盐、咪唑配体、表面活性剂和水在室温下混合溶解，室温保温1-4h，洗涤得ZIF-8截顶十二面体种子，然后分散到水中得到种子分散液；锌盐、咪唑配体、表面活性剂的摩尔比为(1-2)：(12-15)：(0.002-0.004)；(2)将锌盐、咪唑配体、表面活性剂、种子分散液与溶剂在室温下搅拌混合溶解，在室温下保温1-12h，洗涤得到ZIF-8纳米八三足体产物。2.根据权利要求1所述的制备沸石咪唑酯骨架材料ZIF-8纳米八三足体的方法，其特征在于，步骤(1)中所述锌盐包括硝酸锌、乙酸锌、硫酸锌、氯化锌中的一种；所述咪唑配体包括咪唑、2-甲基咪唑、硝基咪唑、苯并咪唑、4-甲基咪唑、4-硝基咪唑、N-丙基咪唑中的一种；所述表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种。3.根据权利要求1所述的制备沸石咪唑酯骨架材料ZIF-8纳米八三足体的方法，其特征在于，步骤(1)中咪唑配体的摩尔用量与水的体积比为13.6：(8-15)mol/L。4.根据权利要求1所述的制备沸石咪唑酯骨架材料ZIF-8纳米八三足体的方法，其特征在于，步骤(1)中洗涤所用试剂为为甲醇、水或乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯士峰，布吉东，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37