一种金属有机框架-石墨烯复合材料及其在检测一氧化氮气体中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种金属有机框架

【技术实现步骤摘要】
一种金属有机框架
‑
石墨烯复合材料及其在检测一氧化氮气体中的应用


[0001]本专利技术涉及气敏材料
，具体涉及一种金属有机框架
‑
石墨烯复合材料及其在检测一氧化氮气体中的应用。

技术介绍

[0002]一氧化氮是人体重要信使分子，在人体呼气中是哮喘等呼吸道疾病的标志物，发展针对ppb级一氧化氮传感检测技术仍是本领域的重大挑战。目前针对一氧化氮的传感技术主要有气相色谱
‑
质谱法、光谱法、化学发光法等，虽然检测准确度高，但所用的分析仪器往往价格昂贵、不便携带、耗时较长，无法满足呼出气体检测所需的要求。化学电阻式一氧化氮传感器是一种价格低廉、便于携带、检测迅速的传感器，有巨大的商业化应用价值。目前，化学电阻式一氧化氮传感器主要为金属氧化物(MOS)基材料，这些材料仍存在操作温度高(＞100℃)、灵敏度低、选择性差等问题。因此，开发一种低能耗、高灵敏度及高选择性的化学电阻式一氧化氮传感材料对目前的检测需求而言仍是亟待解决的重点和难点。

技术实现思路

[0003]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种金属有机框架
‑
石墨烯复合材料，能够实现对一氧化氮气体的室温检测，在生物安全、疾病诊疗等领域具有较大的应用前景。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0005]本专利技术第一方面提供了一种金属有机框架
‑
石墨烯复合材料，由金属有机框架和功能化石墨烯通过超分子相互作用复合在一起；
[0006]所述金属有机框架的有机配体分子为四羧基苯基卟啉铁，配位金属离子为钴、镍、铜、锌中的至少一种；
[0007]所述功能化石墨烯为有机小分子修饰的石墨烯，所述有机小分子包括5
‑
氨基
‑1‑
萘磺酸、蒽醌
‑2‑
磺酸钠和萘
‑1‑
磺酸中的至少一种。
[0008]血红素中的Fe
‑
N4单元可与NO发生络合作用，从而造成人体缺氧中毒。二维金属有机框架(2D MOF)因具有可调节的拓扑结构、高比表面积、优异的物理吸附能力等优势。因此，利用含Fe
‑
N4单元位点的卟啉衍生物分子制备2D MOF，是获得高选择性一氧化氮传感材料的有效途径。
[0009]此外，2D MOF主体结构中共轭π结构以及不饱和金属位点可与功能化石墨烯客体发生超分子相互作用，为制备高导电性复合材料提供了可能，这极大地拓展了金属有机框架在化学电阻式一氧化氮传感方面的应用。
[0010]本专利技术中，所述二维金属有机框架(MOF)为钴
‑
四羧基苯基卟啉铁
‑
MOF(Co
‑
TCPP(Fe))、镍
‑
四羧基苯基卟啉铁
‑
MOF(Ni
‑
TCPP(Fe))、铜
‑
四羧基苯基卟啉铁
‑
MOF(Cu
‑
TCPP(Fe))、锌
‑
四羧基苯基卟啉铁
‑
MOF(Zn
‑
TCPP(Fe))中的一种或多种。
[0011]本专利技术中，所述功能化石墨烯为有机小分子修饰的石墨烯，包括ANS
‑
rGO(5
‑
氨基
‑1‑
萘磺酸
‑
氧化还原石墨烯)、AQS
‑
rGO(蒽醌
‑2‑
磺酸钠
‑
氧化还原石墨烯)、NA
‑
rGO(萘
‑1‑
磺酸
‑
氧化还原石墨烯)中的一种或多种。
[0012]优选地，所述金属有机框架和功能化石墨烯的质量比为1：(0.5
‑
10)；进一步优选地，所述金属有机框架和功能化石墨烯的质量比为1：(0.8
‑
5)；再进一步优选地，所述金属有机框架和功能化石墨烯的质量比为1：(0.8
‑
1.2)；在本专利技术的一些优选实施例中，所述金属有机框架和功能化石墨烯的质量比为1：1。
[0013]优选地，所述金属有机框架由包括以下步骤的制备方法制备得到：
[0014]将配位金属离子盐、四羧基苯基卟啉铁、苯甲酸和溶剂混合在反应容器内，在70
‑
180℃下回流3
‑
12h，得到固体粉末，然后洗涤、干燥，得到所述金属有机框架。
[0015]进一步优选地，所述配位金属离子盐与四羧基苯基卟啉铁的摩尔比为(3
‑
5)：1；进一步优选地，所述配位金属离子盐与四羧基苯基卟啉铁的摩尔比为(3.5
‑
4.5)：1；再进一步优选地，所述配位金属离子盐与四羧基苯基卟啉铁的摩尔比为4:1。
[0016]进一步优选地，所述四羧基苯基卟啉铁与苯甲酸的摩尔比为(4
‑
8):1。
[0017]进一步优选地，所述配位金属离子盐包括配位金属离子的硝酸盐和/或水合硝酸盐；在本专利技术的一些具体实施例中，配位金属离子盐为Co(NO3)2·
6H2O、Ni(NO3)2·
6H2O、Cu(NO3)2·
6H2O、Zn(NO3)2·
6H2O中的至少一种。
[0018]进一步优选地，所述金属有机框架的制备方法中，所述溶剂包括N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)。
[0019]进一步优选地，所述金属有机框架的制备方法中，所述回流的温度为110
‑
130℃，时间为8
‑
12h。
[0020]进一步优选地，所述金属有机框架的制备方法中，所述洗涤采用乙醇溶液；洗涤后分散在乙醇溶液中，超声30
‑
50min，然后置于真空干燥箱中50
‑
70℃干燥10
‑
14h，得到所述金属有机框架。
[0021]优选地，所述功能化石墨烯由包括以下步骤的制备方法制备得到：
[0022]将有机小分子、还原剂、氧化石墨烯混合并配成碱性溶液于反应容器内，在70
‑
180℃下回流3
‑
12h，然后过滤，得到所述功能化石墨烯。
[0023]进一步优选地，所述有机小分子和氧化石墨烯的质量比为(1.5
‑
2.5)：1；再进一步优选地，所述有机小分子和氧化石墨烯的质量比为(1.8
‑
2.2)：1；更进一步优选地，所述有机小分子和氧化石墨烯的质量比为2：1。
[0024]进一步优选地，所述还原剂包括水合肼。
[0025]进一步优选地，碱性溶液采用NaOH配置，浓度为3
‑
5mg/mL。
[0026]进一步优选地，所述功能化石墨烯的制备方法中，所述回流时间为80
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属有机框架
‑
石墨烯复合材料，其特征在于，由金属有机框架和功能化石墨烯通过超分子相互作用复合在一起；所述金属有机框架的有机配体分子为四羧基苯基卟啉铁，配位金属离子为钴、镍、铜、锌中的至少一种；所述功能化石墨烯为有机小分子修饰的石墨烯，所述有机小分子包括5
‑
氨基
‑1‑
萘磺酸、蒽醌
‑2‑
磺酸钠和萘
‑1‑
磺酸中的至少一种。2.根据权利要求1所述的金属有机框架
‑
石墨烯复合材料，其特征在于，所述金属有机框架和功能化石墨烯的质量比为1：(0.5
‑
10)。3.根据权利要求1所述的金属有机框架
‑
石墨烯复合材料，其特征在于，所述金属有机框架由包括以下步骤的制备方法制备得到：将配位金属离子盐、四羧基苯基卟啉铁、苯甲酸和溶剂混合在反应容器内，在70
‑
180℃下回流3
‑
12h，得到固体粉末，然后洗涤、干燥，得到所述金属有机框架。4.根据权利要求3所述的金属有机框架
‑
石墨烯复合材料，其特征在于，所述配位金属离子盐与四羧基苯基卟啉铁的摩尔比为(3
‑
5)：1。5.根据权利要求1所述的金属有机框架
‑
石墨烯复合材料，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王耀，常晏唯，傅梓靖，周国富，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：