[发明专利]一种铝基MOFs/氧化石墨烯复合材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于材料科学与工程领域，特别涉及一种铝基MOFs/氧化石墨烯复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着我国经济的快速发展，城市化水平的不断提高，人们的生活方式正在发生急剧性的变化，人们对室内装修的要求也越来越高，各种室内装饰材料被大量使用，造成了严重的室内空气污染。就我国目前而言，引起室内空气污染最主要原因是由于不良装修，即在装修过程中使用含有大量有害物质如甲醛、苯系物、氨等一些装饰材料，使得室内空气污染问题日益突出。严重的室内空气污染给人们的身体健康带来巨大的威胁，影响了人们正常的工作和学习。因此，降低或消除室内空气污染具有十分重要的意义

金属有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks，MOFs)代表了一类杂合的有机/无机超分子材料，是通过有机桥联配体和无机的金属离子的配位构成的有序网络结构。MOFs材料具有超高的比表面积，较低的晶体密度以及孔尺寸和功能可调性等优点，在吸附分离等领域展现出很好的潜在应用前景。但是由于MOFs材料原子密度低，不能提供足够的色散力去捕获小分子物质，因此常常和碳基材料进行复合，克服或者削弱这种不足，从而提高MOFs类材料的吸附性能。

石墨烯是近年来发现的碳基新材料，具备很多优异性能，如较高的机械强度，热稳定性及电子迁移率等；此外，石墨烯还具有规整的二维结构，这使其可作为制备复合材料的理想载体。氧化石墨烯(graphene oxide，GO)是石墨烯的重要衍生物，GO单片上含有大量的环氧基和羟基，而在单片边缘含有羧基，这些特点赋予了其良好的复合能力。这些石墨烯基材料与有机或无机材料复合制得的材料既拥有石墨烯本身的优异性能，又兼具有机或无机材料的自身特性，为特定功能材料的制备开辟了新途径。

目前制备金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料的方法几乎以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为反应溶剂，反应结束后，DMF分子会残留在材料的孔道内部或者表面，并且DMF沸点高于150℃，常规加热(≈100℃)挥发纯化不能去除DMF分子，因此需要多次使用溶剂进行清洗，才能得到纯化的材料，同时，有机溶剂使用量大且易造成环境污染。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供通过所述制备方法得到的铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料。

本发明的又一目的在于提供所述的铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将氧化石墨烯分散于低沸点有机溶剂中，使之分散均匀，得到氧化石墨烯分散液；

(2)将可溶性铝盐与有机配体溶解于步骤(1)所得的氧化石墨烯分散液中，溶解完全后得到反应基体溶液；

(3)将步骤(2)所得的反应基体溶液升温后在高压条件下恒温反应一定时间，得到铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料初产物；

(4)将步骤(3)得到的铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料初产物过滤，洗涤，活化，即得纯化后的铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料。

步骤(1)所述的氧化石墨烯的形态优选为粉末。

步骤(1)中所述的分散的步骤优选通过超声进行分散。

步骤(1)中所述的低沸点有机溶剂的沸点为低于100℃；优选为低沸点醇类有机溶剂；进一步优选为甲醇、乙醇、丙醇和异丙醇中的一种或至少两种。

步骤(1)中所述的氧化石墨烯在所述的低沸点有机溶剂的浓度优选为0.05mg/mL～0.2mg/mL。

步骤(2)中所述的可溶性铝盐优选为硝酸铝和氯化铝中的一种或两种。

步骤(2)中所述的有机配体优选为对苯二甲酸。

步骤(2)中所述的可溶性铝盐和有机配体的配比优选摩尔比为(2～6)：1。

步骤(2)中所述的可溶性铝盐在氧化石墨烯分散液中的浓度优选为0.17～0.27g/mL。

步骤(3)中所述的铝基金属有机骨架优选为MIL-68(Al)。

步骤(3)中所述的高压条件优选为1.6～10MPa；优选通过反应釜实现。

步骤(3)中所述的升温优选通过梯度升温实现；所述的梯度升温的条件优选为：以15～20℃/h的升温速度将反应基体溶液的温度升至130～150℃。

步骤(3)中所述的恒温反应一定时间优选为8～12h。