一种ZIF-67/PNs纳米复合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ZIF

【技术实现步骤摘要】
一种ZIF
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67/PNs纳米复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及纳米复合材料
，尤其涉及一种ZIF
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67/PNs纳米复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，金属有机框架材料是新兴且发展最快的一类多孔材料，与传统的多孔材料不同，MOFs材料是由金属离子或团簇和有机配体组成，由中等强度的配位键连接起来的具有分子内孔隙、高孔隙率、低密度、大比表面积以及孔径可调的有机
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无机杂化材料，广泛应用于吸附、催化、药物传递和光电器件等众多领域，特别是在催化领域。MOF材料可以高效催化烃类、CO的氧化和复合固体推进剂的燃烧等，同时MOFs本身具有丰富的催化活性中心和许多可调节的吸附孔，但是MOFs材料导电性普遍较差，降低电荷与电子的传输和转移速率，进而影响其发挥优良的催化活性。此外，具有高电导率、较好的导热性和较大的比表面积的二维材料，像石墨烯、碳纳米管、MXene和g
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C3N4等，近年来也被应用于催化领域。因此，有学者尝试将MOFs材料与高电导率的二维材料复合制备MOF@2D
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based复合材料，结合两种材料的优势，制备催化性能好的复合材料。黑磷烯，一种新型的二维材料，相比于经典二维材料石墨烯，黑磷烯有更高的导电(载流子迁移率达到160000cm2/(V
·
s)和导热性能(导热系数为8500W/(m
·
K))，是天然的p型半导体，具有直接带隙，且无论剥到多少层皆是直接带隙，带隙可由层数在0.3eV(30层)至1.5eV(单层)范围调控，并且具有明显的各向异性。同时，由于黑磷烯可以和O2反应释放出大量热，因此相比于石墨烯能量惰性，黑磷烯可以作为一种含能组分。具有高的导电和导热性能的新型二维材料，黑磷烯也被应用于催化领域。
[0003]高氯酸铵(AP)是一种强氧化剂，占复合固体推进剂质量分数60～90％，其热分解性能直接影响推进剂的燃烧性能，决定着推进剂的能量释放率、效率和稳定性。但目前的AP分解温度较高，放热较低，不利于推进剂的燃烧，改善其热分解性能，对提高推进剂的燃烧性能具有重要意义。引入催化剂可以有效降低AP的高温分解温度，较低的高温分解温度和较多的放热量可以导致较高的燃烧速率。应用于固体推进剂中的催化剂主要是过渡金属纳米粒子(Ni、Cu、Al等)和金属氧化物纳米粒子(Fe2O3、CuO、TiO2、Mn3O4)等纳米级催化剂，但是纯纳米粒子由于尺寸小、表面活性高、容易团聚，不能与介质充分接触而降低催化活性，不利于推进剂的燃烧，纳米材料的很多优异性能丧失。
[0004]将单一的纳米材料复合成纳米复合材料，可以解决单一纳米颗粒的团聚问题，并且纳米复合含能材料各组分之间能够达到纳米级接触，这种复合材料不仅具有单一纳米粒子的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面与界面效应、和宏观量子隧道效应等，还具有协同效应，充分发挥了单一纳米粒子的各种优异特性，使纳米含能材料有了实用意义，满足不同场合的需求，同时也为新型复合含能材料的制造提供了一种有效的方法。
[0005]目前，纳米复合材料的制备方法主要有溶剂热法、溶胶
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凝胶法、喷雾蒸发法、超临界流体重结晶法、静电喷雾重结晶法、机械研磨法、溶剂
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非溶剂重结晶法、冷冻干燥法、沉淀法、微乳液法等。
[0006]但是现有技术中得到的纳米复合材料的产率较低，在实际应用中的效果不佳，因此，得到一种工艺简单、产品收率高且能显著提高催化性能的纳米复合材料是目前急需解决的技术问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种ZIF
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67/PNs纳米复合材料及其制备方法和应用，以解决氧化剂的分解温度高，分解过程缓慢，且不易彻底燃烧，放热量低的技术问题。
[0008]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0009]本专利技术提供了一种ZIF
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67/PNs纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]将钴盐溶液、二甲基咪唑溶液顺次混合于黑磷烯分散液中进行反应，之后对反应产物顺次进行离心、干燥即得到ZIF
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67/PNs纳米复合材料。
[0011]进一步的，所述钴盐溶液的浓度为0.01～0.03g/mL，所述钴盐溶液中钴盐包含Co(NO3)2的水合物、Co(CH3COO)2的水合物和CoCl2的水合物中的一种或几种。
[0012]进一步的，所述二甲基咪唑溶液的浓度为0.01～0.03g/mL。
[0013]进一步的，所述黑磷烯分散液的制备方法包括以下步骤：
[0014]将黑磷晶体细化成粉末后配制成黑磷分散液；
[0015]对黑磷分散液顺次进行超声、离心、冷冻干燥处理得到黑磷烯；
[0016]将黑磷烯分散于溶剂中即得到黑磷烯分散液。
[0017]进一步的，所述黑磷分散液的浓度为1～10mg/mL，所述超声的功率为45～95％，离心的转速为500～7000r/min，冷冻干燥的温度为
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60～
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40℃，冷冻干燥的时间为1～10h；
[0018]所述溶剂包含甲醇、乙醇、丙二醇和水中的一种或几种。
[0019]进一步的，所述黑磷烯分散液的浓度为1～10mg/mL，黑磷烯分散液、钴盐和二甲基咪唑的质量比为1.0～10：0.1～8.0：0.1～8.0。
[0020]进一步的，所述反应的温度为20～100℃，反应的时间为5min～10h。
[0021]进一步的，所述离心的转速为5000～8000r/min，离心的时间为5～15min；干燥的温度为50～70℃，干燥的时间为3～5h。
[0022]本专利技术提供了一种ZIF
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67/PNs纳米复合材料。
[0023]本专利技术提供了一种ZIF
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67/PNs纳米复合材料在提高催化剂热性能中的应用，所述催化剂包含高氯酸铵、炸药黑索今和六硝基六氮杂异戊兹烷。
[0024]本专利技术的有益效果：
[0025]1、本专利技术纳米复合材料的制备方法具有物相的形成、粒径的大小、形态可以控制、化学反应活性位点多的优点。
[0026]2、本专利技术制备的黑磷烯具有大的比表面积(32.80m2·
g
‑1)，良好的导电性和导热性，PNs的存在不仅可以抑制ZIF
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67粒子团聚同时还可以提高复合材料的热导率。
[0027]3、本专利技术使用的处理、干燥、煅烧设备简单常见，不需要添加昂贵设备，本专利技术实验成本低，制备工艺绿色环保。
[0028]4、本专利技术制备的纳米复合材料用途广泛，可用于生物医药、电化学和航空材料等特殊需求，可以降低高氯酸铵、炸药黑索今和六硝基六氮杂异戊兹烷催化剂的高温分解温度，显著提高催化剂的催化性能。
附图说明
[0029]图1为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种ZIF
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67/PNs纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将钴盐溶液、二甲基咪唑溶液顺次混合于黑磷烯分散液中进行反应，之后对反应产物顺次进行离心、干燥即得到ZIF
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67/PNs纳米复合材料。2.根据权利要求1所述的ZIF
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67/PNs纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述钴盐溶液的浓度为0.01～0.03g/mL，所述钴盐溶液中钴盐包含Co(NO3)2的水合物、Co(CH3COO)2的水合物和CoCl2的水合物中的一种或几种。3.根据权利要求1或2所述的ZIF
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67/PNs纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述二甲基咪唑溶液的浓度为0.01～0.03g/mL。4.根据权利要求3所述的ZIF
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67/PNs纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述黑磷烯分散液的制备方法包括以下步骤：将黑磷晶体细化成粉末后配制成黑磷分散液；对黑磷分散液顺次进行超声、离心、冷冻干燥处理得到黑磷烯；将黑磷烯分散于溶剂中即得到黑磷烯分散液。5.根据权利要求4所述的ZIF
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67/PNs纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述黑磷分散液的浓度为1～10mg/mL，所述超声的功率为45～9...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国平，李胜楠，牛子腾，王晓青，罗运军，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：