[发明专利]一维管状MOF材料的制备方法及一维氮掺杂的多孔碳纳米管材料的制备和应用

说明书

本发明公开了一维管状MOF材料的制备方法，包括如下步骤：将ZnCo‑BTC纳米线分散于乙醇水溶液形成均匀的悬浮液A；将2‑甲基咪唑溶于乙醇水溶液，形成溶液B；将溶液B置于水浴锅中预热到反应温度，倒入悬浮液A，恒温搅拌反应后，将产物离心分离，然后依次用乙醇和去离子水洗涤，最后烘干后，得到一维管状MOF材料。这种一维管状MOF材料在氩气中退火后，酸洗，得到一维氮掺杂的多孔碳纳米管材料。本发明操作简单，成本低，过程易于控制，制备的产物不仅可应用于电化学的锂离子存储，同时可应用于如分离、催化、药物缓释和能源等其他领域。

技术领域

本发明属于功能纳米材料合成技术领域，具体涉及一维管状 MOF材料的制备方法及一维氮掺杂的多孔碳纳米管材料的制备和应用。

背景技术

近年来，锂离子电池(LIBs)因为高能量密度和长循环寿命已经成功的商业化。然而，传统的商业化石墨负极，由于比容量低 (372mAh/g)，制约了锂离子电池的发展。所以开发具有高可逆容量，优异的倍率能力和循环稳定性的碳基负极材料具有重要意义。空心的纳米结构材料不仅可以缩短Li⁺的传输路径，而且还可以为电荷转移反应提供大的电极/电解质界面。同时，异质元素的掺杂对提高材料活性，导电性，储锂能力有着重要作用。

金属一有机框架材料(Metal.Organic Frameworks，MOFs)是由金属离子或者金属簇合物与有机配体桥连构成的一类新颖的结晶性多孔固体材料。这类材料一般具有高比表面积、可剪裁性、可功能化、多活性位点等特点，被发现至今在气体吸附和储存、分子分离、荧光传感、催化、超级电容器、药物载体或多孔模板等领域都具有极其重要的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于：提供一维管状MOF材料的制备方法及一维氮掺杂的多孔碳纳米管材料的制备和应用。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一维管状MOF材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将ZnCo-BTC纳米线分散于乙醇水溶液形成均匀的悬浮液 A；

(2)将2-甲基咪唑溶于乙醇水溶液，形成溶液B；

(3)将溶液B置于水浴中预热到反应温度，倒入悬浮液A，恒温搅拌反应后，将产物离心分离，然后依次用乙醇和去离子水洗涤，最后置于烘箱中烘干后，得到一维管状MOF材料。

优选地，步骤(1)中悬浮液A的浓度为0.67～0.93g/L，乙醇水溶液中水和乙醇的体积比为1:9～3:7。

优选地，步骤(2)中所述的溶液B的浓度为1.63～2.21mol/L，乙醇水溶液中水和乙醇的体积比为1:9～3:7。

优选地，步骤(3)所述的悬浮液A与溶液B反应体积比为1:3～ 1:1.5；水浴锅中的温度为40～50℃，搅拌时间为13～17min；乙醇洗涤的次数为2～4次，再用去离子水清洗1～2次；烘箱中的烘干温度为75～85℃，烘干时间为10～20h。

优选地，步骤(1)中ZnCo-BTC纳米线的制备方法如下：

将1,3,5-均苯三甲酸溶于去离子水中形成溶液I，将四水合乙酸钴和二水乙酸锌溶于去离子水形成溶液II，溶液I在油浴中预热到90～100℃时，将溶液II加入，恒温搅拌反应0.8～1.2min，将产物离心分离，用乙醇洗涤干净后，置于75～85℃烘箱中烘干，得到ZnCo-BTC 纳米线粉末。

优选地，溶液I中1,3,5-均苯三甲酸的浓度为0.017～0.02mol/L，溶液II中四水合乙酸钴的浓度为0.1～0.12mol/L，二水乙酸锌的浓度为0.1～0.12mol/L。

一种一维氮掺杂的多孔碳纳米管材料的制备方法，具体步骤如下：