MOFs衍生二维多级孔Cu/C复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种MOFs衍生二维多级孔Cu/C复合材料及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：（1）将有机配体与氢氧化钠加入蒸馏水中，超声溶解，得到有机配体溶液；将CuSO4·5H2O溶于蒸馏水中得到金属盐溶液；（2）将步骤（1）中的金属盐溶液加入有机配体溶液，经搅拌得Cu‑BDC溶液，过滤，烘干，真空干燥，得Cu‑BDC材料；（3）将所得Cu‑BDC材料与KCl‑KBr盐研磨混合均匀，经煅烧，洗涤，过滤，烘干，得到二维多级孔Cu/C复合材料。Cu/C复合材料相较于直接煅烧Cu‑BDC所得Cu‑C材料，具有更高的含碳量，更小的Cu纳米粒子和孔径可调的多级孔结构，具有良好的应用前景。

MOFs-Derived Two-Dimensional Multistage Porous Cu/C Composites and Their Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
MOFs衍生二维多级孔Cu/C复合材料及其制备方法
本专利技术涉及多孔材料的领域，具体涉及MOFs衍生Cu/C复合材料的制备方法。
技术介绍
金属-有机骨架(Metal-OrganicFrameworks，MOFs)是一类由有机配体和金属离子通过配位键自组装形成的具有周期性网络结构的类沸石材料，具有大比表面积、结构性质可调等独特性质。MOFs材料经热解可制备具有良好热稳定性和化学稳定性的多孔过渡金属-碳复合材料，这类衍生材料在催化领域具有广阔的应用前景。研究发现，在热解过程中引入熔融盐，能够一定程度上调控所得材料中碳组分的形貌，达到提升催化剂活性、稳定性的目的。目前面临的主要问题之一是：现阶段的研究使用稳定性较高的ZIF系列材料为模板在高温条件(>800℃)下进行热解，一定程度上实现了对所得复合材料中碳载体宏观形貌的调控，但对其孔尺寸的调节作用较弱，所得材料依然以微孔结构为主，极大地限制了此类MOFs衍生材料在催化领域中的应用。这是材料工作者面临的一大难题。也是社会发展需求向MOFs材料领域提出的更高要求。目前利用熔融盐调控MOFs热解过程的相关研究尚在初始阶段。例如：Qiu等使用LiCl和KCl的混合熔融盐与ZIF-8混合后在800℃条件下热解，在高温状态下除去Zn组分并利用液态熔融盐作为碳原子重排介质在一定程度实现了对衍生碳组分形貌的调控，并且在降温过程中利用熔融盐的结晶析出过程小幅扩展了碳载体孔径(2.73nm)，制备出N掺杂二维碳纳米片[Y.N.Hou,Z.B.Zhao,Z.F.Yu,S.Zhang,S.F.Li,J.Yang,H.Zhang,C.Liu,Z.Y.Wang,J.S.Qiu,MicroporousMOFsengagedintheformationofnitrogen-dopedmesoporouscarbonnanosheetsforhigh-ratesupercapacitors.Chem.Eur.J.,2018,24,2681-2686]；类似地，以ZIF-67为热解前体，通过先热解后酸洗的方式，在除去绝大部分Co组分后也能够制备含有少量Co的N掺杂二维碳纳米片[Y.N.Hou,Z.B.Zhao,Z.F.Yu,Y.C.Tang,X.Z.Wang,J.S.Qiu,Two-dimensionalgraphene-likeN,Co-codopedcarbonnanosheetsderivedfromZIF-67polyhedronsforefficientoxygenreductionreactions.Chem.Commun.,2017,53,7840-7843]；Wang等将NaCl熔融盐与ZIF-8混合后在900℃条件下热解，利用熔融盐作为位阻模板和插层剂填充在ZIF-8孔道之中，高温条件下除去Zn组分后，实现了对衍生碳组分的形貌调控，制备出具有以微孔为主、少量介孔和大孔的多级孔结构的N掺杂三维碳纳米网[C.J.Xuan,B.S.Hou,W.W.Xia,Z.K.Peng,T.Shen,H.L.Xin,G.A.Zhang,D.L.Wang,FromaZIF-8polyhedrontothree-dimensionalnitrogendopedhierarchicalporouscarbon:anefficientelectrocatalystfortheoxygenreductionreaction.J.Mater.Chem.A,2018,6,10731-10739]。然而，现有的文献报道都是通过高温热解或用酸除去金属组分制备碳材料，进一步限制了此类材料在多相催化领域中的应用。因此，为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本专利技术主要研制出一种简便实用的Cu/C复合材料的制备方法。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供MOFs衍生二维多级孔Cu/C复合材料及其制备方法。本专利技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。本专利技术提供了一种MOFs衍生二维多级孔Cu/C复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将有机配体与氢氧化钠加入蒸馏水中，超声溶解，得到有机配体溶液；将CuSO4·5H2O溶于蒸馏水中得到金属盐溶液；(2)将步骤(1)中的金属盐溶液加入有机配体溶液，经搅拌得Cu-BDC溶液，过滤，烘干，真空干燥，得到Cu-BDC材料；(3)将步骤(2)中所得到的Cu-BDC材料与KCl-KBr盐研磨混合均匀，经煅烧，洗涤，过滤，烘干，得到MOFs衍生二维多级孔Cu/C复合材料。优选地，步骤(1)中的有机配体为对苯二甲酸。优选地，有机配体溶液中有机配体的摩尔浓度为0.02～0.04mol/L；金属盐溶液中CuSO4·5H2O的摩尔浓度为0.125～0.25mol/L。优选地，所用氢氧化钠、有机配体和CuSO4·5H2O的摩尔比为(2～3)：1：(0.25～1.25)。优选地，步骤(1)中超声的时间为3～7min。优选地，步骤(2)中搅拌的温度为25～30℃；搅拌的时间为5～8h；烘干的温度为60～80℃，所述真空干燥的温度为60～80℃。优选地，步骤(3)Cu-BDC和KCl-KBr盐的质量比为1：(10～80)。优选地，步骤(3)KCl-KBr盐中KCl和KBr的摩尔比为(1～3)：(1～7)。优选地，研磨的时间为3～8min；煅烧的温度为700～750℃；煅烧的时间为1～5h；烘干的温度为60～80℃。本专利技术还提供了一种所述制备方法制备的MOFs衍生二维多级孔Cu/C复合材料。和现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果和优点：(1)本专利技术操作简单、绿色环保，所使用的KCl-KBr熔融盐是一种成本低廉的形貌调节剂和模板剂；(2)本专利技术的Cu/C复合材料相较于直接煅烧Cu-BDC所得的Cu-C材料，具有更高的含碳量，更小的Cu纳米粒子和孔径可调的多级孔结构，具有很好的实际应用价值。附图说明图1为实施例2得到的2#Cu/C复合材料与直接热解所得的Cu-C复合材料以及Cu-BDC的PXRD曲线；图2a为实施例2得到的2#Cu/C复合材料的TEM图，图2b为直接煅烧得到的Cu-C复合材料的TEM图；图3为实施例2得到的2#Cu/C复合材料的SEM图；图4为实施例1至3得到的Cu/C复合材料与直接煅烧Cu-BDC材料得到的Cu-C复合材料的N2吸脱附等温线；图5为实施例2得到的2#Cu/C复合材料催化氧化5-羟甲基糠醛(HMF)性能测试结果图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步描述，本专利技术并不限于此。实施例1本实施例提供了一种MOFs衍生二维多级孔Cu/C复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将对苯二甲酸(12mmol)与氢氧化钠(24mmol)加入蒸馏水(300mL)中，超声5min溶解，得到有机配体溶液；将CuSO4·5H2O(15mmol)溶于蒸馏水(60mL)中得到金属盐溶液；(2)将步骤(1)中的金属盐溶液加入有机配体溶液，得混合溶液，25℃搅拌5h得Cu-BDC溶液，将所得的Cu-BDC溶液用中速定量滤纸过滤，于60℃烘干，并于80℃真空干燥得到Cu-BDC材料；(3)称取步骤(2)得到的Cu-BDC(0.1g)；称取KCl(0.25g本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.MOFs衍生二维多级孔Cu/C复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将有机配体与氢氧化钠加入蒸馏水中，超声溶解，得到有机配体溶液；将CuSO4·5H2O溶于蒸馏水中得到金属盐溶液；（2）将步骤（1）中的金属盐溶液加入有机配体溶液，搅拌，得Cu‑BDC溶液，过滤，烘干，真空干燥，得到Cu‑BDC材料；（3）将步骤（2）中所得到的Cu‑BDC材料与KCl‑KBr盐研磨混合均匀，经煅烧，洗涤，过滤，烘干，得到MOFs衍生二维多级孔Cu/C复合材料。

【技术特征摘要】
1.MOFs衍生二维多级孔Cu/C复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将有机配体与氢氧化钠加入蒸馏水中，超声溶解，得到有机配体溶液；将CuSO4·5H2O溶于蒸馏水中得到金属盐溶液；（2）将步骤（1）中的金属盐溶液加入有机配体溶液，搅拌，得Cu-BDC溶液，过滤，烘干，真空干燥，得到Cu-BDC材料；（3）将步骤（2）中所得到的Cu-BDC材料与KCl-KBr盐研磨混合均匀，经煅烧，洗涤，过滤，烘干，得到MOFs衍生二维多级孔Cu/C复合材料。2.根据权利要求1所述的MOFs衍生二维多级孔Cu/C复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中的有机配体为对苯二甲酸。3.根据权利要求1所述的MOFs衍生二维多级孔Cu/C复合材料的制备方法，其特征在于，有机配体溶液中有机配体的摩尔浓度为0.02~0.04mol/L；金属盐溶液中CuSO4·5H2O的摩尔浓度为0.125~0.25mol/L。4.根据权利要求1所述的MOFs衍生二维多级孔Cu/C复合材料的制备方法，其特征在于，所用氢氧化钠、有机配体和CuSO4·5H2O的摩尔比为（2~3...

【专利技术属性】
技术研发人员：李映伟，陆清雯，房瑞琪，沈葵，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44