[发明专利]一种混金属掺杂的ZIF-8材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种混金属掺杂ZIF‑8材料的制备方法，先按Zn²⁺：M²⁺的摩尔比为1：(0.5~1.5)的比例将Zn(NO₃)₂∙6H₂O和M(NO₃)₂∙6H₂O溶于水/N，N‑二甲基甲酰胺的混合液中，然后将琼脂粉加入到上述混合溶液，搅拌至琼脂粉完全溶解后，静置2~4h，直至溶液呈凝胶状；接着将2‑甲基咪唑溶于水/N，N‑二甲基甲酰胺的混合液中；然后将‑甲基咪唑溶液注入上述的凝胶中，控制凝胶体积是2‑甲基咪唑溶液体积的1.5‑2倍，室温下静置2~4天；最后将混合物重新溶于N，N‑二甲基甲酰胺，充分搅拌使琼脂粉完全溶解，然后离心、干燥得到混金属掺杂ZIF‑8材料。本发明制备条件易控，环境友好，操作简单，可大规模应用于工业生产。

技术领域

本发明属于无机功能材料领域，涉及一种复合金属有机框架材料催化剂，具体来说是一种混金属掺杂的ZIF-8材料的制备方法。

背景技术

水体污染正成为一个日益严重的环境问题，威胁到人类的健康生存。其中，水体污染物中的有机染料因其毒性大，浓度高，分散广的特点而尤难治理。在解决这个问题的众多技术手段中，光催化是一种极具优势的方法，它具有能耗低，价格低廉，无毒无害以及无二次污染物产生等特点，在水体治理方面具有广泛的应用前景。

近年来，金属有机框架材料(metal-organic frameworks，MOFs)引起了人们的极大关注，这一材料是利用有机配体与金属离子间的金属-配体的配合作用而自组装形成的具有周期性网络结构的晶体材料,它具有孔隙率高、比表面积大、拓扑结构可调以及可功能化修饰等特点，因而被广泛研究应用于催化、气体的吸附与分离、药物传输以及发光材料等领域。

最近，一种新型的MOFs材料，即沸石咪唑框架材料(Zeolitic imidazolateframeworks，ZIFs)尤其引起了注意，该材料是一类具有沸石拓扑结构的纳米多孔材料，它是由过渡金属原子(Zn和Co)与咪唑/咪唑衍生物连接而成。和沸石分子筛相比，由于咪唑/咪唑衍生物的多样性，因而ZIFs材料的孔结构更加灵活可调。此外，和金属有机框架材料(MOFs)相比，ZIFs材料也具有更好的热稳定性和化学稳定性，因此，ZIFs材料在气体吸附与分离以及催化领域越来越成为研究的热点。在ZIFs材料家族中，ZIF-8因其易合成，在水中甚至酸性条件下具有较高的热稳定和化学稳定性的特点而成为研究的最多的一种材料，它具有与硅铝酸盐沸石分子筛中方钠石(SOD)相同的拓扑结构，在沸石分子筛中硅氧或铝氧四面体通过氧桥连接，而在ZIF-8结构中，硅、铝和氧原子分别被过渡金属和咪唑替代，属于立方晶系。然而，单一的ZIF-8材料由于能带间隙较宽(4.9eV)而只能对紫外光进行响应，不利于实际应用；而且，一般文献中记载的ZIF-8的合成方法都是在微量水平，产量较少，如果将传统的合成方法进行简单的放大，势必会遇到放大效应，使材料的特性受到影响，并且反应环境要求高，合成效率低；此外，一般合成方法所得到的同一批次ZIF-8晶粒尺寸都是固定的，众所周知，材料的性能与形貌有着十分密切的关系，材料形貌的多样性使其在实际应用中更加灵活和广泛。因此，对ZIF-8材料进行改性，并且改善其制备方法，使其能实现能带调控应用于可见光催化、尺寸和形貌调控以及工业化大批量生产显得迫在眉睫。