一种Fe基金属有机框架材料制备方法及固氮应用技术

本发明专利技术公开了一种Fe基金属有机框架材料制备方法及固氮应用。本发明专利技术方法首先用N,N

【技术实现步骤摘要】
一种Fe基金属有机框架材料制备方法及固氮应用


[0001]本专利技术属于半导体材料领域，涉及铁基金属有机骨架材料，具体是一种Fe基金属有机框架材料(MOF)的制备方法及固氮应用。

技术介绍

[0002]氨是一种重要的化学品，常用于生成化肥、纤维、药物等。目前世界上氨的生产工艺任然采用以氮气和氢气为原料的Haber
‑
Bosch法。该方法提供了全球大部分氨的产量，同时高温(573
‑
773K)和高压(100
‑
200atm)的反应需要消耗大量的能量。考虑到缓解全球温室效应带来的影响，为了减少CO2等温室气体的排放，因此迫切的需要绿色可持续的新工艺。太阳能的利用为解决传统工艺耗能污染的问题提供的新的思路。近年来光催化固氮成为可能代替Haber
‑
Bosch法的新方法。
[0003]自然界当中生物固氮酶经过数百万年进化而产生的复杂生物活性酶，具有高选择性和高效率的特点。固氮酶有三种形式FeMo酶、FeV酶和仅有Fe元素的酶。在酶蛋白中，有两种金属辅助因子，8Fe
‑
7S P
‑
簇(起电子转移作用)和FeMco簇(其中M＝Mo、V或Fe)，其中的过渡金属通过π回馈(通过将其可用的d轨道电子提供给N
‑
Nπ*反键轨道)，这些辅助因子为氮气转化为氨起到重要的作用。Fe元素作为自然界含量最多的金属元素，铁氧化物硫化物等在光催化领域得到了广泛的研究。在光催化NRR中，对Fe元素的研究包括Fe3O4、Fe2O3、FeS、Fe掺杂等各种光催化剂催化剂都受到广泛的研究。然而对于Fe金属有机骨架光催化剂设计和氮气固定的研究并不多。

技术实现思路

[0004]本专利技术的一个目的在于提供一种Fe基金属有机框架材料制备方法。
[0005]本专利技术方法具体是：
[0006]步骤(1)将N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)溶剂与摩尔浓度为24～26M的甲酸溶液按照体积比1∶0.7～0.8配置成混合液；
[0007]步骤(2)将氯化铁(FeCl3)和3,3
’
,5,5
’‑
偶氮苯四羧酸(H4abtc)加入配置好的混合液中，搅拌0.5～2小时后放入含有聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，120～180℃下保温6～24小时；每升混合液加入氯化铁0.01～0.02摩尔氯化铁、0.005～0.01摩尔3,3
’
,5,5
’‑
偶氮苯四羧酸；
[0008]步骤(3)将反应产物用N,N
‑
二甲基甲酰胺溶剂和无水乙醇洗涤2～5次，30～60℃真空干燥12～36小时，制得Fe基金属有机框架材料。
[0009]本专利技术的另一个目的是提供该Fe基金属有机框架材料在光催化固氮中的应用。
[0010]本专利技术中，Fe
‑
MOF通过溶剂热法制备，通过洗涤干燥得到橙色固体粉末。工作表明，Fe
‑
MOF光催化剂能有效的将氮气转化为氨。
[0011]本专利技术方法制备的Fe基金属有机框架材料具有立方体形状，结构稳定，不易失活。本专利技术方法工艺简单，无需添加其他有机溶剂，环境友好，在光催化响应可见光，具有高效
还原氮气的性能。
附图说明
[0012]图1为本专利技术方法制备的Fe
‑
MOF材料扫描电子显微镜图；
[0013]图2为本专利技术方法制备的Fe
‑
MOF复合材料XRD表征。
具体实施方式
[0014]以下结合具体实施例对本专利技术做进一步的说明，但下述实例绝非对本专利技术有任何限制。
[0015]实施例1.
[0016]步骤(1)将32L的N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)溶剂和24L摩尔浓度为26M的甲酸溶液(98﹪)配置成混合液；
[0017]步骤(2)将1mol的氯化铁(FeCl3)和0.5mol的3,3
’
,5,5
’‑
偶氮苯四羧酸(H4abtc)加入配置好的混合液中，搅拌1小时后放入含有聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，150℃下保温10小时；
[0018]步骤(3)将反应产物先用N,N
‑
二甲基甲酰胺溶剂洗涤一次，再用无水乙醇洗涤一次，40℃真空干燥24小时，制得Fe基金属有机框架材料。
[0019]为了评价该金属有机框架材料的可行性和形态及分布，利用扫描显微镜对Fe
‑
MOF材料进行表征。通过扫描电子显微镜观察，如图1，显示Fe
‑
MOF为规则立方体结。通过XRD表征了Fe
‑
MOF材料，如图2，可以看出Fe
‑
MOF位于8.3的宽衍射峰，表明该物质具有良好结晶性。
[0020]实施例2.
[0021]步骤(1)将0.5L的N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)溶剂与0.4L摩尔浓度为26M的甲酸溶液配置成混合液；
[0022]步骤(2)将0.012mol的氯化铁(FeCl3)和0.007mol的3,3
’
,5,5
’‑
偶氮苯四羧酸(H4abtc)加入配置好的混合液中，搅拌0.5小时后放入含有聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，120℃下保温24小时；
[0023]步骤(3)将反应产物先用N,N
‑
二甲基甲酰胺溶剂洗涤再用无水乙醇洗涤，重复洗涤一次，30℃真空干燥36小时，制得Fe基金属有机框架材料。
[0024]实施例3.
[0025]步骤(1)将0.5L的N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)溶剂与0.35L摩尔浓度为24M的甲酸溶液配置成混合液；
[0026]步骤(2)将0.01mol的氯化铁(FeCl3)和0.005mol的3,3
’
,5,5
’‑
偶氮苯四羧酸(H4abtc)加入配置好的混合液中，搅拌2小时后放入含有聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，130℃下保温18小时；
[0027]步骤(3)将反应产物先用N,N
‑
二甲基甲酰胺溶剂洗涤三次，再用无水乙醇洗涤两次，35℃真空干燥30小时，制得Fe基金属有机框架材料。
[0028]实施例4.
[0029]步骤(1)将0.58L的N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)溶剂与0.42L摩尔浓度为25M的甲酸溶
液配置成混合液；
[0030]步骤(2)将0.015mol的氯化铁(FeCl3)和0.01mol的3,3
’
,5,5
’‑
偶氮苯四羧酸(H4abtc)加入配置好的混合液中，搅拌45分钟后放入含有聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，160℃下保温10小时；
[0031]步骤(3)将反应产物先用无水乙醇洗涤一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Fe基金属有机框架材料制备方法，其特征在于，具体是：步骤(1)将N,N
‑
二甲基甲酰胺溶剂与摩尔浓度为24～26M的甲酸溶液按照体积比1:0.7～0.8配置成混合液；步骤(2)将氯化铁和3,3
’
,5,5
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偶氮苯四羧酸加入配置好的混合液中，搅拌0.5～2小时后放入含有聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，120～180℃下保温6～24...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑辉，陈良臣，陈雨彤，韩维航，
申请(专利权)人：杭州师范大学，
类型：发明
国别省市：