[发明专利]一种制备二维片状Cu-MOF材料的方法

说明书

本发明公开了一种制备二维片状Cu‑MOF材料的方法，将Cu‑BTC与碱性溶液按一定的固液比混合搅拌，在温度为25℃～120℃下反应，经过滤、去离子水洗涤、真空干燥后得到二维片状Cu‑MOF材料；其中碱性溶液为尿素、碳酸钠、碳酸氢钠、氨水、氢氧化钠或氢氧化钾其中至少一种。本方法具有操作条件温柔，转变过程可控，反应产量高，易于规模化制备等特点，在苯乙烯氧化反应中表现出优异的氧化性能。

技术领域

本发明属于金属有机骨架材料领域，具体涉及一种制备二维片状Cu-MOF材料的方法。

背景技术

由于二维材料自身独特的物理和化学性质，近些年二维材料已被广泛研究。到目前为止，所研究的各种二维材料包括：石墨烯、氧化石墨烯、过渡金属硫化物、金属氧化物以及氮化硼等等。近几年，二维片状金属有机骨架(MOF)已经被成功制备出来，现已成为二维材料新成员。众所周知，MOF是由金属离子或者团簇和有机配体通过自组装作用所形成的具有周期性网络结构的多孔材料，其具有结构功能可调、孔道结构高度有序以及比表面积高等优点，在气体储存、分离、催化、传感、药物释放等领域展现了巨大的应用前景。二维MOF材料除了拥有三维MOF材料大部分结构特点外，还具有离子导电性高、活性位暴露多等优势，使其在催化、电化学以及传感等领域引起了研究者广泛的兴趣。然而目前二维MOF材料的制备方法主要包括界面反应法、剥离法，这些方法往往条件苛刻，产量极低，大大限制了二维MOF材料的进一步的推广和应用，因此亟需开发出一种简单、温和的易于规模化制备的方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种制备二维片状Cu-MOF材料的方法，所述方法通过简单易控的溶剂及温度处理方式，实现了将三维Cu-BTC到二维片状Cu-MOF的快速结构转变，其特点在于操作条件温柔，转变过程可控，反应产量高，易于规模化制备。

本发明的目的可以通过以下具体技术方案达到：

一种制备二维片状Cu-MOF材料的方法，将Cu-BTC与碱性溶液按一定的固液比混合搅拌，在温度为25℃～120℃下反应，经过滤、去离子水洗涤、真空干燥后得到二维片状Cu-MOF材料；所述碱性溶液为尿素、碳酸钠、碳酸氢钠、氨水、氢氧化钠或氢氧化钾其中的至少一种。

进一步的，本发明所述碱性溶液的pH值为7～12，优选9～12，本发明可以在特定的固液比条件下通过pH的控制实现片状二维片状Cu-MOF的形貌调控，通常Cu-BTC在水中结构转变的形貌会向着纳米线改变，在最优pH值条件下Cu-BTC在溶液中形貌向着二维片状转化。

进一步的，本发明的反应温度为25℃～120℃。本发明可以通过温度的控制实现片状二维片状Cu-MOF的尺寸控制和多种结构的调控。通常随着温度的改变，所制备的材料尺寸和结构有明显的不同。

进一步的，本发明的反应时间可以为1～24h，优选1～5h。

进一步的，本发明所述的Cu-BTC与碱性溶液的液体固液比应小于1/30g/ml，发明人发现，当固液比不在此范围时，无论pH如何调整，均不能实现三维Cu-BTC材料到二维片状Cu-MOF的转化；为了实现更好的转化效果，优选的1/150≤固液比≤1/40g/ml，更优选1/110≤固液比≤1/50g/ml。本发明所述的固液比主要受碱性溶液的pH所影响，pH值越高，固液比越大。优选的，当碱性溶液的pH在7～9时，1/150≤固液比≤1/80g/ml，优选1/110≤固液比≤1/90g/ml；当碱性溶液的pH在9～10.5时，1/100≤固液比＜1/50g/ml，优选1/90≤固液比≤1/60g/ml；当碱性溶液的pH在10.5～12时，1/70≤固液比＜1/30g/ml，优选1/60≤固液比≤1/40g/ml。

本发明所述的搅拌、过滤、洗涤和干燥均可以以本领域常规的方法进行，对转化没有影响。

本发明还提供所述方法制备的二维片状Cu-MOF材料。