[发明专利]一种多硼酸钠孔道结构材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于硼酸盐微孔材料制备技术领域，涉及一种多硼酸钠孔道结构材料及其制备方法，特别是一种非致密三维结构多硼酸钠微孔材料及其制备方法。

背景技术：

孔道结构材料由于具有独特的结构特征以及优异的吸附、工业催化与离子交换等性能备受关注。随着经济社会发展，非传统的硅铝酸盐分子筛材料的研究与应用日趋活跃。硼酸盐具有丰富多样的晶体结构,成为非线性光学、激光晶体及半导体材料领域的研究热点之一。迄今为止，碱金属、碱土金属硼酸盐的研究依然占据主导地位，大量自然界矿物及实验室合成的碱-碱土金属硼酸盐被表征，这类化合物大多采用高温固相法合成,通常有着致密相结构。从结构分析碱(土)金属硼酸盐大多聚集度较低，多数含1～6个硼原子，合成具有较大聚集程度的B-O簇存在很大的困难与挑战，例如分立结构K₇{(BO₃)Mn[B₁₂O₁₈(OH)₆]}H₂O、Li₃KB₄O₈,、iNa₂Sr₈B₁₂O₂₄F₆Cl及Li₃NaBaB₆O₁₂等。水(溶剂)热合成方法在硼酸盐体系的应用为制备较大聚集度、空旷骨架材料提供了可能。因此，寻求一种新型多硼酸钠孔道结构材料及其制备方法，采用有机乙二胺和水强碱性环境，促进BO₃、BO₄单元共顶点聚集形成具有十二个B原子的[B₁₂O₁₈(OH)₆]簇模块，同时首次在结构中实现NaO₆、NaO₇多面体共顶点自组装为碱金属“钠-氧”层。在此基础上，基于氢键作用的[B₁₂O₁₈(OH)₆]模块形成的“硼-氧”超分子层与上述碱金属“钠-氧”层进一步链接形成了非致密结构三维多硼酸钠材料，该材料及其制备在无机微孔硼酸盐材料合成中尚属首次，对进一步认识硼酸盐的晶化组装过程与规律具有重要的理论意义。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种在溶剂热条件下制备多硼酸钠孔道结构材料，将Li₂B₄O₇、硼砂混合在乙二胺和水中，在180℃的水(溶剂)热环境下晶化，实现二维“硼-氧”超分子层与“钠-氧”金属层结构的组装，制备出首例非致密结构三维多硼酸钠微孔材料。

为了实现上述目的，本发明所述多硼酸钠孔道结构材料的分子式为[H₃O][Na₅B₁₂O₁₈(OH)₆]·2H₂O，分子量为689.77，晶体学数据为α＝β＝90°，γ＝120°，Z＝6；该材料具有一维规则孔道结构(如图1所示)，为三方晶系，R-3c空间群，最小不对称单元中包含1.5个晶体学独立的Na原子、2个硼原子、4个氧原子与游离水分子等。B原子采取常见的BO₃平面三角形与BO₄四面体模式，Na原子采取NaO₆和NaO₇两种配位环境(如图2所示)，6个BO₄四面体和6个BO₂(OH)平面三角形聚合形成具有较大聚集度的[B₁₂O₁₈(OH)₆]簇阴离子，相邻的[B₁₂O₁₈(OH)₆]簇阴离子通过氢键作用在ab平面形成二维超分子“硼-氧层”，9个NaO₆与3个NaO₇多面体通过共顶点在ab平面形成未曾发现的二维“钠-氧”金属层，二维超分子“硼-氧”层与二维“钠-氧”金属层沿c轴方向交替堆垛链接形成微孔硼酸钠三维结构。

本发明制备多硼酸钠孔道结构材料的具体过程为：

(1)、将金属钠源、硼源、有机胺和溶剂混合均匀，其中金属钠源与有机胺的摩尔比为1：36～37，硼源与有机胺的摩尔比为1：18～19，有机胺与溶剂的摩尔比为2.5：1，室温下充分搅拌得到混合物；