一种GQDs@ZIF-8型金属有机框架材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种GQDs@ZIF‑8型金属有机框架材料及其制备方法和应用，属于复合材料技术领域。本发明专利技术通过将碳源、组氨酸的冻干混合物进行热解反应，使碳源碳化形成石墨烯量子点，组氨酸分解出的甲基咪唑修饰到石墨烯量子点表面；通过将甲基咪唑修饰石墨烯量子点水分散液与氯化锌溶液进行共混，使氯化锌溶液中的锌离子与甲基咪唑络合，形成由8个正四面体组成、以立方体状排列GQDs@ZIF‑8型金属有机框架材料。本发明专利技术提供的GQDs@ZIF‑8型金属有机框架材料具有甲基咪唑活性位点，当用于VOCs监测时，具有较高的灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种GQDs@ZIF-8型金属有机框架材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及复合材料
，特别涉及一种GQDs@ZIF-8型金属有机框架材料及其制备方法和应用。
技术介绍
21世纪以来，工业生产加速，大气污染愈发严重，尤其是有机挥发性气体(VOCs)的过量排放，人们对于及时和准确的环境污染监测和控制的需求日益增加，这些都需要性能优异的，即高灵敏度、高选择性、高可靠性的新型气体检测吸附技术。金属有机骨架材料(MOFs)是由金属离子与有机配体自组装而成的多孔骨架晶体材料，其巨大的比表面积、可调节性、结构多样性，使其在众多多孔材料中脱颖而出，在气体的检测与吸附、多相催化等领域有着广泛应用。最近，人们开始将MOFs材料应用于气体吸附领域，与其他气体检测吸附材料相比，MOFs结构和性质的可调性是其他化学材料所不具备的优势之一。然而，现有的MOFs如MOF-5、ZIF-8应用于VOCs监测领域时，存在灵敏度差的问题，这是由于传统的MOFs缺乏活性位点，难以接枝其他结构以使其与VOCs结合。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种GQDs@ZIF-8型金属有机框架材料及其制备方法和应用，所述GQDs@ZIF-8型金属有机框架材料用于VOCs监测时具有良好的灵敏度。为了实现上述专利技术的目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种GQDs@ZIF-8型金属有机框架材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将碳源、组氨酸和水混合，进行冷冻干燥，得到冻干混合物；<br>(2)加热所述冻干混合物，进行热解反应，得到热解反应液，所述热解反应液中含有甲基咪唑修饰石墨烯量子点；(3)将所述热解反应液与碱液混合，进行搅拌，得到碱化液，调节所述碱化液的pH值至6.5～7.5，对所得液体依次进行透析和干燥，得到甲基咪唑修饰石墨烯量子点；(4)将甲基咪唑修饰石墨烯量子点的水分散液与可溶性二价锌溶液依次进行共混和离心，得到GQDs@ZIF-8型金属有机框架材料。优选的，所述碳源为柠檬酸、氨基磺酸和羟基乙酸中的一种或几种；所述碳源和组氨酸的质量比为1～5:1。优选的，所述热解反应的温度为180～220℃，时间为30～45min。优选的，所述碱液为氢氧化钠水溶液，所述氢氧化钠水溶液的质量浓度为5～15mg/mL；所述碱液与热解反应液的质量比为25～50:1；所述搅拌的时间为15～30min，转速为400～1000rpm。优选的，所述透析的方法包括以下步骤：使用7000Da的透析袋对pH值为6.5～7.5的液体进行第一透析，得到透析袋内液；使用500Da的透析袋对所述透析袋内液进行第二透析，袋内得到修饰甲基咪唑的石墨烯量子点；所述第一透析的时间为12～24h；所述第二透析的时间为12～24h。优选的，所述甲基咪唑修饰石墨烯量子点的水分散液的浓度为1.0～5.0mg/mL，所述可溶性二价锌溶液的浓度为0.1～0.5mol/L；所述氯化锌溶液与甲基咪唑修饰石墨烯量子点的水分散液的体积比为1:5～10。优选的，所述共混的转速为6000～9000rpm，时间为15～45min；所述离心的转速为3000～5000rpm，时间为5～10min。本专利技术提供了上述制备方法制备得到的GQDs@ZIF-8型金属有机框架材料，包括石墨烯量子点和修饰在所述石墨烯量子点表面的ZIF-8型金属有机框架材料。优选的，所述GQDs@ZIF-8型金属有机框架材料的孔容为0.31～0.44cm3/g，比表面积为1585.2～1664.2m2/g，孔径为本专利技术提供了上述GQDs@ZIF-8型金属有机框架材料在VOCs监测中的应用。本专利技术提供了一种GQDs@ZIF-8型金属有机框架材料及其制备方法和应用，本专利技术通过将碳源、组氨酸和水混合并进行冷冻干燥，能保证碳源与组氨酸分散均匀且结构不被破坏；本专利技术通过加热所述冻干混合物，使冻干混合物固体转化为液体，在加热的过程中碳源和组氨酸进行热解反应，此过程中碳源碳化形成石墨烯量子点，组氨酸分解出的甲基咪唑修饰到石墨烯量子点表面；本专利技术通过将所述热解反应液与碱液混合，进一步提高甲基咪唑修饰石墨烯量子点的产率，且碱性条件有利于石墨烯量子点发挥荧光效应；本专利技术通过将甲基咪唑修饰石墨烯量子点水分散液与氯化锌溶液进行共混，使氯化锌溶液中的锌离子与甲基咪唑结合，形成由8个正四面体组成，以立方体状排列的ZIF-8型金属有机框架结构，即为GQDs@ZIF-8型金属有机框架材料。本专利技术提供的方法操作简单，易于实现工业化大批量生产。本专利技术提供的GQDs@ZIF-8型金属有机框架材料，包括石墨烯量子点和接枝在所述石墨烯量子点上的立方体状排列的ZIF-8型金属有机框架结构，具有甲基咪唑活性位点，当用于VOCs监测时，VOCs气体影响着石墨烯量子点与ZIF8之间的能量传递，进而控制GQDs@ZIF8的荧光特性，因此本专利技术提供的GQDs@ZIF-8型金属有机框架材料能够用于VOCs监测；由于本专利技术GQDs@ZIF-8型金属有机框架材料具有甲基咪唑活性位点，能够与VOCs结合，仅仅少量VOCs就能够引起荧光强度的较大改变，从而具有良好的灵敏度。实施例结果表明，本专利技术提供的GQDs@ZIF-8型金属有机框架材料对二甲苯的检测极限可达0.014mg/m3，对丙酮的检测极限可达0.035mg/m3。附图说明图1是实施例1所得GQDs@ZIF-8型金属有机框架材料的SEM图；图2是实施例2所得GQDs@ZIF-8型金属有机框架材料的SEM图；图3是实施例3所得GQDs@ZIF-8型金属有机框架材料的SEM图。具体实施方式本专利技术提供了一种GQDs@ZIF-8型金属有机框架材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将碳源、组氨酸和水混合，进行冷冻干燥，得到冻干混合物；(2)加热所述冻干混合物，进行热解反应，得到热解反应液，所述热解反应液中含有甲基咪唑修饰石墨烯量子点；(3)将所述热解反应液与碱液混合，进行搅拌，得到碱化液，调节所述碱化液的pH值至6.5～7.5，对所得液体依次进行透析和干燥，得到甲基咪唑修饰石墨烯量子点；(4)将甲基咪唑修饰石墨烯量子点的水分散液与可溶性二价锌溶液依次进行共混和离心，得到GQDs@ZIF-8型金属有机框架材料。本专利技术将碳源、组氨酸和水混合，进行冷冻干燥，得到冻干混合物。在本专利技术中，所述碳源优选为柠檬酸、氨基磺酸和羟基乙酸中的一种或几种；所述碳源和组氨酸的质量比优选为1～5:1，更优选为2～4:1。本专利技术对所述水的用量没有特殊的要求，能够将所述碳源和组氨酸完全溶解即可；作为本专利技术的一个实施例，所述碳源的质量与水的体积比优选为2g:50mL。本专利技术所述混合的方式没有特殊的要求，使用本领域熟知的混合方式即可，具体的如搅拌混合，所述搅拌的转速优选为500rpm。本专利技术优选为真空冷冻干燥箱中进行所述冷冻干燥；在本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GQDs@ZIF-8型金属有机框架材料的制备方法，包括以下步骤：/n(1)将碳源、组氨酸和水混合，进行冷冻干燥，得到冻干混合物；/n(2)加热所述冻干混合物，进行热解反应，得到热解反应液，所述热解反应液中含有甲基咪唑修饰石墨烯量子点；/n(3)将所述热解反应液与碱液混合，进行搅拌，得到碱化液，调节所述碱化液的pH值至6.5～7.5，对所得液体依次进行透析和干燥，得到甲基咪唑修饰石墨烯量子点；/n(4)将甲基咪唑修饰石墨烯量子点的水分散液与可溶性二价锌溶液依次进行共混和离心，得到GQDs@ZIF-8型金属有机框架材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种GQDs@ZIF-8型金属有机框架材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将碳源、组氨酸和水混合，进行冷冻干燥，得到冻干混合物；
(2)加热所述冻干混合物，进行热解反应，得到热解反应液，所述热解反应液中含有甲基咪唑修饰石墨烯量子点；
(3)将所述热解反应液与碱液混合，进行搅拌，得到碱化液，调节所述碱化液的pH值至6.5～7.5，对所得液体依次进行透析和干燥，得到甲基咪唑修饰石墨烯量子点；
(4)将甲基咪唑修饰石墨烯量子点的水分散液与可溶性二价锌溶液依次进行共混和离心，得到GQDs@ZIF-8型金属有机框架材料。


2.根据权利要求1的制备方法，其特征在于，所述碳源为柠檬酸、氨基磺酸和羟基乙酸中的一种或几种；所述碳源和组氨酸的质量比为1～5:1。


3.根据权利要求1的制备方法，其特征在于，所述热解反应的温度为180～220℃，时间为30～45min。


4.根据权利要求1的制备方法，其特征在于，所述碱液为氢氧化钠水溶液，所述氢氧化钠水溶液的质量浓度为5～15mg/mL；所述碱液与热解反应液的质量比为25～50:1；
所述搅拌的时间为15～30min，转速为400～1000rpm。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述透析的方法包括以下步骤：
使用7000Da的透析袋对pH值为6....

【专利技术属性】
技术研发人员：焦杰明，方长青，程有亮，朱嘉，
申请(专利权)人：广东泰金智能包装有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44