[发明专利]一种制备空心金属有机框架的通用方法

说明书

本发明公开了一种制备空心金属有机框架的通用方法，包括如下步骤：(1)将MOF材料溶于乙醇，形成悬浮液C；(2)将2‑甲基咪唑溶于乙醇，形成溶液D；(3)将溶液D置于水浴中加热到45～55℃后，倒入悬浮液C，搅拌23～25h，将产物离心分离，然后依次用乙醇和去离子水洗涤，最后置于80～100℃烘箱中烘干10～20h后，得到空心ZIF‑8粉体。这种空心结构ZIF‑8在高温碳化后可以获得空心介孔碳，并具有优异的电化学储能性能。本发明操作简单，成本低，过程易于控制与观察，可进行大批量生产，制备的空心MOF材料将会具有广阔的应用前景，可用于分离、传感、催化、药物缓释和能源等领域。

技术领域

本发明属于功能材料空心金属有机框架的合成技术领域，具体涉及一种不同MOFs材料作为前驱体制备空心金属有机框架的通用方法。

背景技术

近年来，金属离子与有机配体自组装形成的具有周期性网络结构的金属有机骨架(MOFs,Metal-Organic Framework)引起了越来越多的关注。MOFs材料具备高孔隙率、大比表面积、规则孔道、骨架大小可调节以及有机配体的多样性和可修饰性等优点，在分离、储氢、催化、传感和能量转化与储存领域得到了极为广泛的应用，表现出优于常规多孔晶体结构材料的性能。特别的，MOF材料可以作为模板材料，在不同的后续退火温度和气氛等条件下，可以得到相应的多孔金属氧化物/氢氧化物、多孔碳材料和金属/金属氧化物/金属氢氧化物与碳的复合材料。一方面，已有合成的MOF材料的结构比较单一，基本上都是实心的颗粒结构；另一方面，这种MOF颗粒的实心结构会极大地限制其使用性能的提升，而空心结构的MOF颗粒被证明在很多方面表现出更大的优势。因此，本发明制备的具有空心结构的MOF将进一步扩展MOF材料的应用边界，且在分离、催化、传感和能源等领域具有更大的实际应用价值。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种制备空心金属有机骨架的通用方法，材料制备工艺简单、成本低、可大规模化生产，潜在的应用领域广阔。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种制备空心金属有机框架的通用方法，包括如下步骤：

(1)将MOF材料分散于乙醇，形成悬浮液C；

(2)将2-甲基咪唑溶于乙醇，形成溶液D；

(3)将溶液D置于水浴中加热到45～55℃后，倒入悬浮液C，搅拌23～25h，将产物离心分离，然后依次用乙醇和去离子水洗涤，最后置于80～100℃烘箱中烘干10～20h后，得到空心ZIF-8粉体。

优选地，所述的悬浮液C的浓度为20g L^-1，溶液D的浓度为1.5mmol L^-1；步骤(3)中溶液D与悬浮液C的体积比为3:1。

优选地，步骤(1)中MOF材料为ZIF-7粉体、ZIF-71粉体、MOF-5粉体中的一种。

优选地，ZIF-7粉体的制备方法如下：

将苯并咪唑溶于乙醇后加入氨水形成溶液A1，六水硝酸锌溶于乙醇形成溶液B1，溶液A1倒入溶液B1中，室温搅拌8～12min，将产物离心分离，然后依次用乙醇和去离子水洗涤，置于80～100℃烘箱中烘干10～20h后，得到ZIF-7粉体。

优选地，ZIF-71粉体的制备方法如下：

将二水乙酸锌溶于甲醇形成溶液A2，4，5-二氯咪唑溶于甲醇形成溶液B2，溶液A2倒入溶液B2中，室温搅拌23～25h，将产物离心分离，然后依次用甲醇和去离子水洗涤，置于80～100℃烘箱中烘干10～20h后，得到ZIF-71粉体。

优选地，MOF-5粉体的制备方法如下：