钍基金属有机框架材料及其合成方法技术

本发明专利技术的实施例公开了一种钍基金属有机框架材料及其合成方法。其中，钍基金属有机框架材料的合成方法包括：步骤S110、将钍盐和有机配体溶解于溶剂中，以形成混合溶液，其中，所述有机配体包括1,2,4,5‑四(4‑羧基苯基)苯；步骤S120、将所述混合溶液在设定的反应温度下进行溶剂热反应，反应结束后进行降温，得到晶体产物；步骤S140、干燥所述晶体产物，得到钍基金属有机框架材料。本发明专利技术的实施例通过溶剂热法，使钍离子与羧酸类配体自组装形成了一种新型的钍基金属有机框架材料。该钍基金属有机框架材料结构稳定，具有良好的热稳定性，使其具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
钍基金属有机框架材料及其合成方法
本专利技术涉及多孔材料
，具体涉及一种钍基金属有机框架材料及其合成方法。
技术介绍
金属有机框架(MOF)材料具有比表面积大、孔隙率大、孔道结构和孔尺寸可调、稳定性较高等特点，使其在吸附、催化和分离等领域具有独特的优势和应用前景。目前，锕系元素的MOF材料开始得到越来越多的研究。由于锕系元素的核外电子构型为5f0-146d0-17s2，5f/6d/7s电子轨道均可参与成键，并且锕系元素处于多个氧化态，具有较高的配位数，采用锕系元素合成MOF材料，会比镧系元素和过渡金属元素具有更为丰富的空间结构和物理化学性质。然而，在锕系元素的MOF材料中，相比于已成体系的铀基MOF材料，目前，钍基MOF材料的种类还较少，钍基MOF材料的合成较为困难，限制了钍基MOF材料的应用范围。
技术实现思路
本专利技术提供了一种钍基金属有机框架材料及其合成方法。根据本专利技术的一个方面，提供了一种钍基金属有机框架材料的合成方法，包括：步骤S110、将钍盐和有机配体溶解于溶剂中，以形成混合溶液，其中，所述有机配体包括1,2,4,5-四(4-羧基苯基)苯；步骤S120、将所述混合溶液在设定的反应温度下进行溶剂热反应，反应结束后进行降温，得到晶体产物；步骤S140、干燥所述晶体产物，得到钍基金属有机框架材料。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种钍基金属有机框架材料，由上述任一实施方式中的合成方法合成得到。采用本专利技术的技术方案，通过溶剂热法，使钍离子与羧酸类有机配体自组装形成了一种新型的钍基金属有机框架材料。该钍基金属有机框架材料结构稳定，具有良好的热稳定性，使其具有良好的应用前景。附图说明通过下文中参照附图对本专利技术实施例所作的描述，本专利技术的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本专利技术有全面的理解。图1是根据本专利技术一个实施例的钍基MOF材料的合成方法的流程图；图2是根据本专利技术一个实施例的钍基MOF材料的晶体结构图；图3是图2的钍基MOF材料的另一轴向的晶体结构图；图4是根据本专利技术另一个实施例的钍基MOF材料的合成方法的流程图；图5是根据本专利技术一个实施例的钍基MOF材料的热重曲线图；图6是根据本专利技术一个实施例的钍基MOF材料的粉末X射线衍射图。需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例的附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。若全文中涉及“第一”、“第二”等描述，则该“第一”、“第二”等描述仅用于区别类似的对象，而不能理解为指示或暗示其相对重要性、先后次序或者隐含指明所指示的技术特征的数量，应该理解为“第一”、“第二”等描述的数据在适当情况下可以互换。若全文中出现“和/或”，其含义为包括三个并列方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。本专利技术的一些实施例提供了一种钍基有机金属框架材料(钍基MOF材料)的合成方法，如图1所示，本申请的一些实施例中的合成方法可以包括步骤S110至步骤S140，具体如下。在步骤S110中，将钍盐和有机配体溶解于溶剂中，以形成混合溶液。在本实施例中，所使用的钍盐可以为硝酸钍，有机配体可以为1,2,4,5-四(4-羧基苯基)苯，溶剂可以为N,N’-二甲基甲酰胺。需要说明的是，钍盐并不限于硝酸钍，在其他实施例中，也可以使用其他钍盐，只要能够在混合溶液中形成钍离子即可。溶剂的种类也不限于N,N’-二甲基甲酰胺，在其他实施例中，也可以使用其他可以能够溶解钍盐和有机配体的溶剂，只要最终能够得到晶体产物即可。在本申请的一些实施例中，所述混合溶液中的钍离子、有机配体和溶剂之间的摩尔比为1:1:1000-2000。其中，配制混合溶液时所用硝酸钍与有机配体的摩尔比为1:1，由于钍离子与该有机配体之间是1:1进行反应的，这样可以避免造成原料浪费。而溶剂的量远远大于钍离子和有机配体，可以使得钍盐和有机配体在溶剂中充分溶解，并且在后续的溶剂热反应过程中，溶剂可以在高温下部分蒸发，使得密闭的反应容器内在高温下能够形成高压环境，使得钍盐和有机配体在高温高压的环境下充分反应。需要说明的是，本实施例对钍离子和有机配体之间的摩尔比并不作限制，在其他实施例中，钍离子或者有机配体中的一者可以稍微过量，例如，钍离子与有机配体的摩尔比可以为1:1.1，当有机配体过量时，可以保证钍离子全部被反应消耗掉，避免反应后剩余的溶液中残留有钍离子，避免浪费。在步骤S120中，将上述混合溶液在设定的反应温度下进行溶剂热反应，反应结束后进行降温，得到晶体产物。在溶剂热反应过程中，1个钍离子可以与4个有机配体分子进行自组装，而有机配体1,2,4,5-四(4-羧基苯基)苯分子由于具有四个羧基基团，因此，1个有机配体分子又可以与4个钍离子进行自组装，从而形成晶体，即钍基金属有机框架材料，其晶体结构如图2和图3所示。在申请的一些实施例中，溶剂热反应是在水热反应釜中进行的，将混合溶液装入水热反应釜中，然后将水热反应釜放入鼓风干燥箱等加热装置中进行溶剂热反应。其中，鼓风干燥箱可以对水热反应釜进行加热，水热反应釜中的混合溶液受热，使得部分溶剂蒸发形成蒸汽，进而在密闭的水热反应釜内形成了高温高压的反应环境，钍盐和有机配体在这种高温高压的条件下容易溶解于溶剂中，发生反应并重结晶生成晶体产物。本实施例中所使用的水热反应釜为具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜，聚四氟乙烯耐高温、耐腐蚀，混合溶液在聚四氟乙烯内衬中进行反应，反应过程安全。当然，在其他实施例中，也可以选择其他密闭性较好的反应容器，以使溶剂热反应过程中反应容器中可以形成高温高压环境。在本申请的一些实施例中，溶剂热反应的反应温度是恒定的。具体地，将装有混合溶液的水热反应釜放置在鼓风干燥箱等加热装置中后，可以控制加热装置以一定的升温速率升温至反应温度，以使水热反应釜内的反应物在设定的反应温度下进行反应。其中，反应温度可以为100～120℃范围内的任一温度，溶剂热反应的反应时间可以为24～72小时范围内的任一时间。在加热装置升温至一设定的反应温度后，控制加热装置的温度在所述反应时间内维持在该反应温度，例如，可以控制加热装置升温至120℃，在升温至120℃后控制加热装置的温度保持在120℃并保持24小时。在所述反应温度范围和反应时间范围内，钍离子可以与有机配体充分反应形成晶体，并且可以避免过多的能耗。此外，加热装置的升温速率也可以设置为一预设的升温速率，例如，升温速率可以在1～20℃/小时之间，例如，加热装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钍基金属有机框架材料的合成方法，其特征在于，包括：/n步骤S110：将钍盐和有机配体溶解于溶剂中，以形成混合溶液，其中，所述有机配体包括1,2,4,5-四(4-羧基苯基)苯；/n步骤S120：将所述混合溶液在设定的反应温度下进行溶剂热反应，反应结束后进行降温，得到晶体产物；/n步骤S140：干燥所述晶体产物，得到钍基金属有机框架材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种钍基金属有机框架材料的合成方法，其特征在于，包括：
步骤S110：将钍盐和有机配体溶解于溶剂中，以形成混合溶液，其中，所述有机配体包括1,2,4,5-四(4-羧基苯基)苯；
步骤S120：将所述混合溶液在设定的反应温度下进行溶剂热反应，反应结束后进行降温，得到晶体产物；
步骤S140：干燥所述晶体产物，得到钍基金属有机框架材料。


2.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，
所述溶剂包括N,N’-二甲基甲酰胺。


3.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述钍盐包括：硝酸钍。


4.如权利要求2所述的合成方法，其特征在于，所述混合溶液中钍离子、所述有机配体和所述溶剂之间的摩尔比为1:1:1000-2000。


5.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述步骤S110还包括：
将钍盐和有机配体溶解于溶剂中，并加入调节剂，以形成混合溶液；
其中，所述调节剂用于调控所述步骤S140中得到的所述钍基金属有机框架材料的形状。


6.如权利要求5所述的合成方法，其特征在于，所述调节剂包括三氟乙酸。


7.如权利要求6所述的合成方法，其特征在于，所述调节剂在所述混合溶液中的浓度范围为0-0.2g/mL。


8.如权利要求7所述的合成方法，其特征在于，
当所述调节剂的浓度小于0.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：于婷，叶国安，何辉，李斌，钱正华，吴小玲，乔延波，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11