[发明专利]一种多级孔Cu基金属有机骨架材料的制备及应用

说明书

本发明属于多级孔金属有机骨架的制备领域，具体公开了一种多级孔Cu基金属有机骨架材料的制备及应用。所述材料的制备方法包含如下步骤：将Cu(NO₃)₂∙3H₂O和均苯三甲酸溶解于二甲基甲酰胺中，搅拌得到溶液；加入FeCl₃∙6H₂O，继续搅拌；溶液混合均匀后移入不锈钢高压反应釜，进行溶剂热合成；将反应产物离心，乙醇洗，真空干燥，即得到多级孔Cu基金属有机骨架材料。本发明方法只需添加金属盐FeCl₃∙6H₂O，过程简单，产物具有较大的比表面积和丰富的孔道，同时具有微孔和介孔两种孔道，在吸附分离方面有着较好的应用前景。

技术领域

本发明属于多级孔金属有机骨架的制备领域，具体涉及一种多级孔Cu基金属有机骨架材料的制备及应用。

背景技术

金属有机骨架材料(Metal Organic Frameworks，简称MOFs)是一种新型的多孔骨架材料，主要由金属离子与有机配体自组装而成的类沸石骨架材料。MOFs具有超高的比表面积、孔径结构可调等优点，使其在气体的存储、吸附分离和催化方面表现出巨大的潜在应用前景。但大部分MOFs(如HKUST-1，由Cu²⁺和均苯三甲酸通过自组装而形成的多孔材料)都只具有微孔结构，这样限制了分子扩散和阻碍了大分子进入孔道，从而使MOFs材料的应用受到限制(C.X.Duan,et al.,Facile synthesis of hierarchical porous metal-organic frameworks with enhanced catalytic activity.Chemical EngineeringJournal,2018,334,1477–1483)。多级孔MOFs材料可以集合微孔、介孔和大孔材料的优点，其中微孔保证其具有巨大的比表面积，介孔或者大孔则有利于分子的传质扩散。因此,多级孔MOFs材料的合成是我们的工作重点。

目前常见的向微孔MOFs中引入介孔的方法主要有延长配体法和软模板法(S.Yuan,et al.,Construction of hierarchically porous metal–organic frameworksthrough linker labilization.Nature Communications,2017,8,15356)。延长配体法是指通过使用较长的配体得到更大孔径的材料。但通过这种方法合成介孔材料时，容易发生孔道的相互贯穿，且在移除掉客体分子后，材料骨架容易坍塌，同时长配体的成本高且合成困难(S.He,et al.,Competitive coordination strategy for the synthesis ofhierarchical-pore metal–organic framework nanostructures.Chemical Science,2016,7,7101–7105)。而软模板法是使用表面活性剂和嵌段共聚物作为结构导向剂，金属离子和配体在结构导向剂形成的胶束表面自组装形成晶体，除去结构导向剂后，就形成了由微孔晶体构成介孔孔壁的多级孔材料。然而此方法不仅需要选择合适的模板剂，而且过程复杂，另外模板剂移除后可能导致骨架结构坍塌(D.Bradshaw,et al.,Supramoleculartemplating of hierarchically porous metal-organic frameworks.Chemical SocietyReviews,2014,43,5431–5443)。因此需要寻求一种更为高效地合成多级孔MOFs材料的新方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多级孔Cu基金属有机骨架材料的制备方法，旨在简便快速地合成同时具有微孔、介孔两种孔道的HKUST-1材料。

本发明向微孔HKUST-1的前驱体溶液中添加另一种金属盐FeCl₃·6H₂O，通过该金属盐与有机配体作用，形成新的介孔，成功合成多级孔Cu基金属有机骨架材料。