【技术实现步骤摘要】
金属有机骨架气凝胶、其制备方法及其应用
[0001]本公开涉及一种凝胶网络和该凝胶网络的制造。更具体地，本公开涉及使用溶胶凝胶法的气凝胶的形成，并且描述了用于制备金属有机骨架(MOF)气凝胶的方法。
技术介绍
[0002]气凝胶具有多种应用。最重要的是气凝胶作为隔热材料的用途。气凝胶用于传感器、光学设备、波导、电子设备和激光器。气凝胶的其他用途还包括核颗粒检测和废物处理，例如污染物吸收和核废物玻璃化。气凝胶还用作催化剂、能量存储装置和电容器。
[0003]金属有机框架(MOF)材料具有非凡的结构灵活性和化学可调性，因此吸引了科学家和工业家的想象力。它们有可能解决世界在健康、环境和能源方面面临的一些巨大挑战。最新报道的MOF合成数量超过了70,000种，表明这些材料可以获得巨大的性能范围。将这些材料塑造成大表面积、高可及性的固体在许多应用中是至关重要的。早期的尝试包括在包括金属、陶瓷和聚合物在内的结构化支撑物上沉积MOF的薄皮，并进一步扩展到新材料，包括石墨烯气凝胶。MOF的机械组装产生了独石单体，而异质凝胶和致密气凝...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种制备金属有机骨架气凝胶的方法，其特征在于包括下列步骤：(1)提供金属前体醇凝胶；(2)将所述金属前体醇凝胶三维打印成凝胶结构体；(3)将所述凝胶结构体直接转化为金属有机骨架凝胶以及(4)干燥所述金属有机骨架凝胶，以形成金属有机骨架气凝胶。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)包括：制备包含溶剂的金属前体溶胶；向所述金属前体溶胶中加入胶凝剂将金属前体溶胶在溶剂中聚合成凝胶网络，由此提供金属前体醇凝胶。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述胶凝剂选自环氧丙烷、尿素和柠檬酸盐中的至少一者。4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于在凝胶化过程中，使用聚合物来增强所述金属前体醇凝胶的凝胶网络。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述聚合物包括用作支架以在所述凝胶化过程中增强所述凝胶网络的聚丙烯酸。6.根据权利要求1到5中任意一项所述的方法，其特征在于步骤(2)包括：采用具有挤出喷嘴的三维打印机将所述金属前体醇凝胶打印成网格支架，其中所述金属前体醇凝胶表现出剪切变稀行为，使得在打印剪切速率为0.2至0.3s
‑1的情况下，粘度下降了800
‑
2000Pa
·
s。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述金属前体醇凝胶具有粘弹性，随着剪切应力的释放，粘度在小于1秒内反弹为大于1000Pa
·
s，使打印的金属前体凝胶保持其挤压形状。8.根据权利要求1到7中任意一项所述的方法，其特征在于步骤(1)还包括：使用多种金属前体，从而由相应的多种金属形成所述金属前体醇凝胶，并且使用金属前体凝胶或聚合物来增强凝胶网络。9.根据权利要求1到8中任意一项所述的方法，其特征在于步骤(3)包括：将凝胶结构体与有机配体溶液接触，并使所述有机配体与所述金属前体凝胶结构体反应以将所述金属前体凝胶结构体直接转化为所述金属有机骨架凝胶。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述凝胶结构体包含中孔结构的凝胶网络，并且所述有机配体扩散通过中孔结构的凝胶网络与所述凝胶网络进行反应、成核并且结晶为所述金属有机骨架凝胶。11.根据权利要求1
‑
10中任意一项所述的方法，其特征在于所述步骤(3)包括通过下列途径1、途径2和途径3中的至少一种途径将所述凝胶结构体转化为所述金属有机骨架凝胶：途径1：控制合成参数允许使金属有机骨架快速成核、适度的晶体生长和缓慢的凝胶溶解，其中途径1忠实地再现了所述凝胶结构体的纳米和微米级的网络结构，保留了孔隙的特性和互连性能；途径2：控制合成参数使得金属有机骨架成核缓慢和凝胶溶解中等，其中途径2保留了所述凝胶结构体的凝胶网络的互连性，但没有保留局部结构；以及途径3:控制合成参数产生快速的凝胶溶解，以迫使金属有机骨架在孔隙液体中成核和
生长，并通过渗流组装，产生低的网络互连性和低强度的气凝胶。12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于控制所述合成参数包括控制转化温度、转化压力、添加剂、胶凝剂、聚合物类型、配体的选择、金属前体的选择、溶剂的选择以及金属前体与配体的摩尔比例中的至少一者，以实现对凝胶溶解、成核速度和晶体生长的控制。13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于在途经1中，所述金属前体选自Zn无机盐、Al无机盐、Ni无机盐、Co无机盐、Fe无机盐以及Cu无机盐中的至少一者，所述转化温度为10
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