[发明专利]一种聚合物改变MIL-53-Fe形貌的微波合成方法

说明书

本发明公开了一种聚合物改变MIL‑53‑Fe形貌的微波合成方法，以1,4‑对苯二甲酸(H₂BDC)与三价铁盐为原料，N,N‑二甲基甲酰胺(DMF)为反应溶剂，加入聚合物，控制微波反应条件，可以快速合成获得MIL‑53‑Fe，并将MIL‑53‑Fe的正八面体形貌转化为类长方锥体，这些类长方锥体具有更好的材料嫁接、附着、边缘效应以及小尺寸优势。

技术领域

本发明属于铁基MOFs制备技术领域，具体涉及一种聚合物改变MIL-53-Fe形貌的微波合成方法。

背景技术

金属有机骨架(MOFs)作为一类新材料，因其种类多样性、结构可设计性与可调控性、功能多样化以及比表面积和孔体积高等优点，近来备受关注与研究。其中，铁基MOFs是一个廉价易得且绿色环保的分支，主要包括MIL-101-Fe、MIL-100-Fe、MIL-88-Fe与MIL-53-Fe等。而MIL-53-Fe具有特殊的结构特征，能产生可逆的“呼吸效应”，即该材料在所处条件的改变会使骨架结构可发生可逆伸缩变化，使原本为正八面体的单晶体可以转变成凹面正八面体、类球体、类长方锥体等形貌。相比正八面体材料，这些非正八面体材料具有更好的材料嫁接、附着、边缘效应以及小尺寸优势。现有的形貌转变方式主要有调控铁源与配体的投加摩尔比、调控微波合成温度与功率、添加表面活性剂以及洗涤纯化溶液的种类选择等。

目前MIL-53-Fe主要合成方法是微波合成与水热法，相对水热合成法，微波合成的优点是快速梯度升温、操作简便、合成反应时间短且合成的材料晶形较为完整，杂质少。为了优化MIL-53-Fe形貌，常用操作是在合成体系中加入聚乙烯吡咯烷酮等表面活性剂，但无人报导研究非表面活性剂的聚合物对MIL-53-Fe形貌的影响。最初在MIL-53-Fe合成体系中加入聚芳香胺及其衍生物的目的是为了探索得到MIL-53-Fe包覆材料，其间首次发现了非表面活性剂的聚合物会对MIL-53-Fe形貌产生影响，并验证了非表面活性剂的聚合物可以改变MOFs形貌。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用聚合物来改变MIL-53-Fe形貌的微波合成方法，可以合成获得MIL-53-Fe，并改变MIL-53-Fe的正八面体形貌，获得类长方锥体的MIL-53-Fe。

本发明的目的是通过以下方式实现的。

一种聚合物改变MIL-53-Fe形貌的微波合成方法，在微波合成MIL-53-Fe的溶液体系中，加入聚合物，搅拌均匀，控制微波反应条件，反应结束后获得形貌为类长方锥体的MIL-53-Fe。

所述聚合物为聚芳香胺衍生物，优选：包括聚间苯二胺、聚吡咯或聚苯胺。

所述微波合成MIL-53-Fe的溶液体系中，H₂BDC与三价铁盐分别溶于DMF，且摩尔比为1:1～2。

所述三价铁盐包括六水氯化铁、九水硝酸铁、无水硫酸铁等，优选：六水氯化铁

(FeCl₃·6H₂O)。

所述三种聚合物转变MIL-53-Fe的形貌后皆为类长方锥体，但类长方锥体的尺寸大小有细微差异，分别为聚间苯二胺(半径约1.3um,长度约3um)，聚吡咯(半径约1.1um,长度约3.9um)，聚苯胺(半径约0.9um,长度约4.6um)。

所述溶液体系中H₂BDC与三价铁盐在DMF中的浓度范围分别为0.1～0.2mol/L与0.1～0.4mol/L。

所述聚合物与H₂BDC的质量比为1:8～16，优选比例为1:10。

所述聚合物是在H₂BDC溶液与三价铁盐溶液混合的同时加入体系中，并搅拌0.5h以上。

所述反应条件的微波功率为400～600W。