[发明专利]一种多孔钛晶金属有机骨架材料的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属有机骨架材料的合成技术，具体涉及一种多孔钛晶金 属有机骨架材料的合成方法。

背景技术

金属-有机骨架材料(Metal-OrganicFrameworks，MOFs)由MOFs材料是利用 有机配体与金属离子间的金属配体络合作用而自组装形成的超分子微孔网络结 构的一种颇具前途的类沸石(有机沸石类似物)材料。这种多孔骨架晶体材料，可 以通过不同金属离子与各种刚性桥连有机配体进行络合，设计与合成出不同孔 径的金属有机骨架，从而使得MOFs的结构变化无穷，并且可以在有机配体上 带上诸如-Br，-NH₂，-OC₃H₇，-OC₅H₁₁等一些功能性的修饰基团，使这种MOFs 微孔聚合物可以根据催化反应或吸附等性能要求而功能化。由于MOFs在气体 储存、催化等领域具有诱人的应用前景，近年来得到迅猛发展，成为材料科学 研究的一个新兴领域。

MOFs具有几个优点：首先，MOFs制备简单。羧酸以及含氮杂环配体与金 属离子的反应活性很高，因此MOFs的合成多采用一步法，即金属离子和有机配 体自组装而成；其次，配位能力可以改变。由于路易斯酸和金属离子的静电效 应，配体中的官能团和配位性能可以灵活地改变；另外，金属离子有两个作用， 作为骨架的顶点既可提供中枢又可在中枢形成分支，通过这两个作用，骨架得 到延伸，从而形成多维结构。

MOFs的这几方面的优点决定了其作为固体材料所具有的一些特点：(1)多孔性。近些年文献报道的MOFs大多数都具有永久性的孔隙，孔径的范围在较小孔直径Cu₂(PZDC)₂(DPYG)与典型的沸石的直径相当，大孔直径的代表性MOFs是Zn₄O(TPDC)₃。MOFs不仅具有多孔性，而且孔的形状还具有多样性，这主要是由有机配体的结构和形状决定的。通过选择适宜的结构和形状的有机配体就可以控制合成的MOFs的孔的结构和大小，从而控制骨架的孔隙率和比表面积，得到适合于不同应用要求的多孔材料。

目前，国外开展MOFs材料研究的机构主要有美国密歇根大学Yaghi研究小组 和法国拉瓦锡研究所的Ferey研究小组。美国密歇根大学以Yaghi为首的材料设计 与研究小组在MOFs材料的合成方面做了大量的基础性工作。国内也有一些科研 小组已经开始了这方面的研究。2002年，游效曾院士研究小组利用Co(II)和咪唑 合成了一个罕见的三维孔道的类分子筛结构[Co₅(im)10·2MB]。虽然目前不管是 在国内还是在国外，已经有多种制备MOFs材料的方法；然而，这些方法对于这 类材料功能性的设计和开发还存在许多局限。

随着科技的高速发展和人类文明的进步，各种环境污染越来越严重，利用 光催化消除和降解污染物是当前最活跃的研究领域之一，人们研究开发了许多 光催化剂，其中，纳米TiO₂以其价廉、无毒、稳定性高、催化性能好，能再循环 利用等优点，得到了广泛关注。但是由于锐钛矿型TiO₂的禁带宽度较宽，需在入 ＜387·5nm的紫外光的激发下才能显示催化活性，而太阳光中紫外光区的能量仅 占总能量的6％，而能量较低的可见光占总能量的43％。由于它量子产率低、太 阳能利用率低等关键科技难题，极大地制约了其在工业上的广泛应用。目前还 利用获取多孔钛晶的方法相对复杂，难以广泛应用。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多孔钛晶金属有机 骨架材料的合成方法，通过选择合适的溶剂和有机配体并控制反应条件对现有 方法进行改进，获得一种工艺条件细化但是易推广的合成方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种多孔钛晶金属有机骨架材料的合成方法，该合成方法以二甲基甲酰胺 为溶剂、对苯二甲酸为有机配体、钛酸异丙酯为钛源，包括以下步骤：

1)首先将对苯二甲酸和钛酸异丙酯混合得到混合物，混合物加入到二甲基 甲酰胺和甲醇溶液混合溶剂中，在室温下搅拌直至固体物完全溶解，然后转入 到反应釜中在120-180℃温度下反应12-20小时；

2)反应结束后，得到白色絮状物，然后将白色絮状物冷却至室温，得到白 色沉淀；