一种空心金属有机框架材料的制备方法技术

本发明专利技术公开一种空心金属有机框架材料的制备方法，包括步骤如下：(1)将金属和有机配体分别加入有机溶剂溶解，并进行混合和搅拌反应，再进行离心，洗涤，干燥，得到金属

【技术实现步骤摘要】
一种空心金属有机框架材料的制备方法


[0001]本专利技术属于新材料化学
，具体涉及的空心金属有机框架材料的制备方法。

技术介绍

[0002]金属
‑
有机框架材料是由有机配体和金属离子通过配位键自组装而成的一种新型有机
‑
无机杂化晶态多孔材料，具有比表面积大，孔径可调，结构可裁剪等优点，广泛应用于气体存储、气体分离、催化、传感、药物运载、电化学能量转化等领域。特别地，金属
‑
有机框架材料可作为生物分子或酶分子的微型反应器和吸附载体，在酶催化和药物传输具有广阔的应用前景。
[0003]由于金属
‑
有机框架材料大部分为微孔结构，阻碍了大分子在金属
‑
有机框架材料中的输运及其活性位点的可及度，在药物运载、催化等方面具有一定的局限性。空心金属
‑
有机框架材料是一类具有高比表面积，低密度，内部中空的壳核结构，可以解决分子在金属
‑
有机框架材料内部的输运问题。然而，传统的空心金属
‑
有机框架材料，主要是通过外延生长法、模板法或两相界面诱导法等方法合成，其具有操作复杂、外形难以控制、易形成混合物的缺点，而且往往只能用于某种特殊的金属
‑
有机框架材料，不具有普遍性。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种空心金属
‑
有机框架材料及其制备方法，通过在材料中加入引发剂和高分子聚合物单体，对金属<br/>‑
有机框架材料的表面保护，并可以对金属
‑
有机框架材料内部进行选择性刻蚀，从而获得具有空心结构的金属
‑
有机框架材料，拓展了金属
‑
有机框架材料的应用领域。不同于常规的金属
‑
有机框架材料，具有封闭的中空结构和晶体外壳，能显著增强金属
‑
有机框架材料的药物运载、电催化性能。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案来实现：
[0006]一种空心金属有机框架材料的制备方法，包括步骤如下：
[0007](1)将金属和有机配体分别加入有机溶剂溶解，并将两种溶液进行混合和搅拌反应，再进行离心，洗涤，干燥，得到金属
‑
有机框架材料前驱体；
[0008](2)将金属
‑
有机框架材料前驱体进行超声分散，加入聚合物单体和引发剂进行聚合反应，通过金属
‑
有机框架材料的表面保护和内部刻蚀，经第二次离心、第二次洗涤、第二次干燥得到空心金属有机框架材料。
[0009]优选的，步骤(1)所述金属为过渡金属锌(Zn
2+
)离子、金属钴(Co
2+
)离子和金属铁离子(Fe
3+
)；优选的，所述金属离子化合物为过渡金属离子的可溶性无机盐，进一步优选硝酸盐和氯化物。
[0010]优选的，所述有机配体为氮杂环类配体和羧酸类配体，所述氮杂环类配体为2
‑
甲基咪唑。
[0011]优选的，所述有机溶剂为N，N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)、甲醇(MeOH)和乙醇(EtOH)。
[0012]优选的，步骤(2)中的聚合物单体为可通过聚合反应形成高分子聚合物的有机物小分子，包括但不限于吡咯、苯胺、多巴胺。
[0013]优选的，步骤(2)中的引发剂为所述有机小分子聚合的化合物，包括但不限于过硫酸铵、氯化铁、过氧化苯甲酰。
[0014]优选的，步骤(2)中反应时间为10小时，包括低温反应时间和室温反应时间其中低温反应时间2小时，室温反应时间8小时。
[0015]优选的，所述金属
‑
有机框架材料与过硫酸铵的摩尔比为4.6：1，2.1：1。
[0016]优选的，步骤(1)(2)中洗涤采用的洗涤剂为甲醇、乙醇、乙腈、二氯甲烷、丙酮、DMF和四氢呋喃等。
[0017]优选的，步骤(2)中第二次干燥方法为冷冻干燥、真空干燥等操作。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0019]1、提升了客体分子在金属
‑
有机框架材料内部的传输速率，对于改善金属
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有机框架材料在药物运载、电催化等方面的性能具有重要意义。2、高分子聚合物单体聚吡咯的形成对于空心金属有机框架材料的合成具有重要的影响。通过在金属
‑
有机框架材料表面的聚合保护，可保护金属
‑
有机框架材料的表面外壳不受刻蚀剂的侵蚀，同时，具有刻蚀作用的引发剂对金属
‑
有机框架材料的内部进行选择性刻蚀，从而获得具有空心结构的金属
‑
有机框架材料，拓展了金属
‑
有机框架材料的应用领域。3、以金属
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有机框架材料为前驱体，简单地加入聚合物和氧化剂，这避免了模板法消除后所带来的对金属
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有机框架材料的骨架坍塌，同时该方法也减少了操作步骤。4、适用于多种MOF材料，操作简单、可控性好；可以方便地制备具有空心结构的不同金属
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有机框架材料，具有一定的普适性。可改善金属
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有机框架材料的性质。不需要额外加入有机配体，成本低。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例1中制备的空心金属有机框架的粉末X
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射线衍射图；
[0021]图2为本专利技术实施例1中制备的空心金属有机框架的透射电子显微镜图；
[0022]图3为本专利技术实施例2中制备的空心金属有机框架的透射电子显微镜图；
[0023]图4为本专利技术实施例3中制备的空心金属有机框架的透射电子显微镜图。
具体实施方式
[0024]以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0025]本专利技术的原理：作为引发剂的化合物，在反应过程中不仅对聚合物单体有引发聚合反应的作用，同时，对金属
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有机框架材料具有选择性刻蚀的作用。另外，有机聚合物聚集在金属
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有机框架材料表面，对其表面起到了保护而不易受刻蚀剂的作用。通过聚合物对金属
‑
有机框架材料表面保护和内部刻蚀作用，实现对金属
‑
有机框架进行选择性刻蚀，从而形成了空心金属
‑
有机框架材料。
[0026]如图1
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3所示，一种空心金属有机框架材料，包括有机配体和过渡金属离子为反应物自组装而成；反应一定时间后，获得金属
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有机框架材料前驱体，前驱体金属
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有机框架材料合成后，加入引发剂和高分子聚合物单体，在一定的温度下反应，利用聚合反应对金属
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有机框架材料进行表面保护和选择性的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空心金属有机框架材料的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：(1)将金属和有机配体分别加入有机溶剂溶解，并将两种溶液进行混合和搅拌反应，再进行离心、洗涤、干燥处理，得到金属
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有机框架材料前驱体；(2)将金属
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有机框架材料前驱体进行超声分散，加入聚合物单体和引发剂进行聚合反应，通过金属
‑
有机框架材料的表面保护和内部刻蚀，经第二次离心、第二次洗涤、第二次干燥得到空心金属有机框架材料。2.根据权利要求1所述一种空心金属有机框架材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述金属为过渡金属锌离子、金属钴离子和金属铁离子。3.根据权利要求1所述一种空心金属有机框架材料的制备方法，其特征在于，所述有机配体为氮杂环类配体和羧酸类配体。4.根据权利要求1所述一种空心金属有机框架材料的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为N，N
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李良军，叶涵，张学松，顾鑫，代鹏程，刘丹丹，赵学波，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：