[发明专利]利用金属有机骨架MOF-5材料作为前驱物制备多孔氧化锌微球的方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料氧化锌的合成技术领域，具体涉及一种利用金属有机骨架MOF-5材料作为前驱物制备多孔氧化锌微球的方法。

背景技术

氧化锌是一种典型的宽禁带半导体材料，本身具有优异的光电性能，在室温下具有较宽的禁带宽度（3.37eV）和较大的激子束缚能（60meV），可广泛应用于陶瓷、化工、光学、电子和生物等领域。其中，氧化锌微球结构具有较大的比表面积、较高的吸附率和光散射特性，在半导体薄膜、太阳能电池、光催化和药物缓释等方面有着重要的用途。

常见的制备氧化锌微球的方法主要有热蒸发法、声化学法、自组装法和模板法。寇华敏等人报道了以锌粉为原料，通过湿化学方法制备氧化锌微球的方法，具体过程为先经过液相形成Zn(OH)₂包裹Zn的复合粒子，然后经过600-900℃的煅烧来形成氧化锌微球结构，但是该方法制备的氧化锌微球结构均一性较差，采用的煅烧温度相对较高，能耗较大。刘培生等人利用激光照射表面活性剂溶液中的锌片，再通过滴加酒石酸最终形成纳米氧化锌空心球；匡代彬等人报道了一种超声法制备氧化锌微球的方法，是将锌盐在有机溶剂和水的混合溶液中超声后得到氧化锌空心球。上述两种方法所需要的激光照射和超声反应条件苛刻，操作较为繁琐。别利剑等人报道了一种液相沉淀法制备氧化锌多孔微球的方法，是以柠檬酸钠为表面活性剂，在水中进行沉淀反应得到氧化锌微球，该方法制备的氧化锌微球结构中氧化锌颗粒堆积无序，定向连接性能较差。朱国兴等人利用叶酸作为结构导向剂，通过水热反应得到叶酸-锌复合微球，再通过高温煅烧后得到氧化锌空心球结构，该方法制备的氧化锌微球需要高温煅烧，能耗较高，所得到的颗粒完整度较差。

综上所述，目前所报道的氧化锌微球合成方法大多条件较为苛刻、操作过程较为繁琐并且制备的氧化锌微球尺寸均一性较差。利用MOF-5作为前驱物，通过自组装合成氧化锌微球的方法还没有相关报道。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种工艺简单、条件温和、微球尺寸可控且结晶度良好的利用金属有机骨架MOF-5材料作为前驱物制备多孔氧化锌微球的方法。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，利用金属有机骨架MOF-5材料作为前驱物制备多孔氧化锌微球的方法，其特征在于具体步骤为：

（1）采用加热回流法合成MOF-5前驱物：将六水合硝酸锌（Zn(NO₃)₂·6H₂O）、对苯二甲酸（H₂BDC）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶解在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）溶剂中，其中六水合硝酸锌（Zn(NO₃)₂·6H₂O）、对苯二甲酸（H₂BDC）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的质量比为1-1.2:0.24:5-7，于105-140℃加热回流10-20h得到MOF-5晶体，将MOF-5晶体离心分离，然后依次用N,N-二甲基甲酰胺和乙醇洗涤后干燥得到MOF-5前驱物；

（2）利用MOF-5前驱物制备多孔氧化锌微球：将MOF-5前驱物分散在乙醇溶剂中，超声条件下滴加冰乙酸（CH₃COOH），其中1gMOF-5前驱物对应冰乙酸的体积为1-3mL，将所得的混合溶液转移到不锈钢水热釜的聚四氟乙烯内衬里，在恒温干燥箱中于160-180℃加热10-20h，待反应釜冷却至室温后取出，将沉淀离心分离，水洗两遍、醇洗两遍后干燥得到粒径为300-500nm的多孔氧化锌微球，该多孔氧化锌微球由平均粒径为20nm的氧化锌颗粒堆积而成。

进一步优选，步骤（1）中所述的六水合硝酸锌（Zn(NO₃)₂·6H₂O）、对苯二甲酸（H₂BDC）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的质量比为1.12:0.24:7。

进一步优选，步骤（2）中1gMOF-5前驱物对应冰乙酸的体积为2mL。

本发明操作工艺简单易行，重复性较好，制备过程对MOF-5前驱物的形貌和结晶程度要求不高，易于大批量生产。特别是制备的氧化锌微球的尺寸较均一，结晶程度高，比表面积大，因此在光电和催化等领域具有较好的应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例1制备的MOF-5晶体的X-射线衍射（XRD）图，其中横坐标为衍射角（2θ），单位为度（°），纵坐标为衍射强度；