[发明专利]一种合成金属-有机框架材料MOF-5的方法

说明书

一种合成金属‑有机框架材料MOF‑5的方法，其步骤为：（1）将六水合硝酸锌和对苯二甲酸分别溶于溶剂中，配制成硝酸锌溶液和对苯二甲酸溶液；加热底液至40℃～70℃；（2）将所述硝酸锌溶液和对苯二甲酸溶液同时并流滴加至加热并搅拌的底液中反应得到MOF‑5材料；其中，反应时Zn²⁺与对苯二甲酸的摩尔比为1:4～4:1，所述硝酸锌溶液和对苯二甲酸溶液并流滴加的速度为5～40 mL/min，搅拌速度为50～400 r/min，反应温度为100℃～180℃，反应时间为4～24小时；所述硝酸锌溶液中Zn²⁺的浓度为0.1mol/L～1mol/L；所述对苯二甲酸溶液中对苯二甲酸的浓度为0.1mol/L～1mol/L。

技术领域

本发明涉及金属-有机框架材料合成技术，具体涉及金属-有机框架材料MOF-5的合成方法。

背景技术

金属-有机框架材料(Metal-organic Frameworks, MOFs)具有特殊的空间拓扑结构且可设计、孔隙率高、比表面积高、密度低及优异的稳定性等优点，使得该类材料在气体的吸附、分离与储存、药物运载、催化、电池、生物传感器等方面具有诱人的应用前景。因此MOFs材料已经成为有机化学、无机化学、配位化学、材料化学以及生命科学等学科的研究热点。MOF-5材料是典型的MOFs材料之一，它是由Zn²⁺离子和对苯二甲酸(H₂BDC)构成的金属团簇 Zn₄O以八面体形式连接而成的三维立体框架结构，具有很规则的孔道结构，形成了很有序的空间结构。

MOF-5材料传统合成方法以溶剂热法为主，是将硝酸锌和对苯二甲酸溶解在N,N-二甲基甲酰胺中，上述混合液转移至内衬聚四氟的不锈钢反应釜后密封，将反应釜置于马弗炉或干燥箱中反应，反应温度为常温-180 ℃，反应时间为20 min-48 h，然后过滤、洗涤和干燥，得到粉末状的MOF-5材料。但此法不能搅拌，反应过程是以扩散为主的静态，整个反应体系不均一，反应物和生成物易产生浓度差，导致生成物易团聚，且反应物过饱和度低，因此存在反应时间过长、原料消耗量大、团聚现象严重，生成物粒度变化范围较大等缺点，难以合成团聚小、热稳定性好、易控制粉末粒度的MOF-5材料。MOF-5材料合成方法还有水热法、微波合成法、化学气相沉积法、扩散法、液相扩散法等。但水热法存在设备要求高(耐高温高压的材质，耐腐蚀的内衬)、技术难度大(温压控制严格)、成本高、安全性能差等缺点；微波合成法存在反应不容易控制、有副反应发生，微波反应器价格昂贵，只能在实验室小规模合成，难于大规模工业化生产等缺点；化学气相沉积法存在沉积速率低，参加沉积的反应源和反应后的余气易燃、易爆，对设备有腐蚀性，工作温度高等缺点，这种方法合成MOF-5材料还在探索阶段，不成熟，实用例子较少；扩散法反应条件温和，易于获得高质量的单晶，但需要反应物有较好的溶解性且较耗费时间；液相扩散法对反应物溶解性的要求较高，必须室温下可以溶解，而且非常耗时。

MOF-5材料的粒度、比表面积、微观形貌等直接影响其宏观性能，进而影响其应用空间，因此探索合成高比表面、窄粒度分布、团聚小、热稳定性好、易控制粉末粒度的MOF-5材料是扩大其应用领域的关键。为了得到高比表面、窄粒度分布、稳定性好的MOF-5材料，则要为反应溶液提供较高的过饱和度。这是因为反应过程溶液的过饱和度和分散度越大，形成的晶核数目就越多，越有利于得到粒度小的晶体。本发明采用并流滴加溶剂热法能提供较大的过饱和度，使反应物瞬间反应生成大量的晶核，故晶核生成速度远远大于晶核长大速度，生成的晶核能迅速而均匀地分散在体系中，因此此法可合成窄粒度分布、团聚小、易控制粉末粒度的MOF-5材料。

发明内容

本发明的目的是提供了一种合成金属-有机框架材料MOF-5的方法。

本发明是一种合成金属-有机框架材料MOF-5的方法，其步骤为：

（1）将六水合硝酸锌和对苯二甲酸分别溶于溶剂中，配制成硝酸锌溶液和对苯二甲酸溶液；加热底液至40 ℃～70 ℃；