[发明专利]一种金属有机框架二维纳米片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种金属有机框架二维纳米片及其制备方法，该二维纳米晶是金属盐（ZnAc₂•2H₂O）与有机配体（2‑甲基咪唑）在表面活性剂辅助（十二烷基硫酸钠，即SDS）作用下合成的，首先常温下分别配置二水合乙酸锌、2‑甲基咪唑、SDS溶液，然后先将溶液混合均匀，再置于恒温箱静置24 h后使用甲醇离心洗涤，得2D ZIF‑8纳米片。本方法简单易行，并且在常温下进行，能耗低，绿色环保，产物形貌可控，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种金属有机框架二维纳米片及其制备方法，属于纳米结构合成的技术领域。

背景技术

金属有机框架化合物（MOFs）是一种具有周期性网络结构的晶态多孔材料，由金属（单个金属离子或者金属簇）和有机配体通过配位键自组装形成。MOFs也称为配位聚合物(coordination polymer)，是一种有机-无机杂化材料，兼有无机材料的刚性和有机材料的柔性特征。MOFs可以形成不同的框架孔隙结构，这是因为金属（单个金属离子或者金属簇）和有机配体的排列具有明显的方向性。因此，MOFs具备高孔隙率、高比表面积、孔道规整、孔径可调以及拓扑结构多样性和可裁剪性等优点，在催化、非线性光学、离子交换以及气体储存和分离中具有潜在应用。（Kitaura R, Kitagawa S, Kubota Y, et al. Formation ofa one-dimensional array of oxygen in a microporous metal-organic solid.[J].Science, 2002, 298(5602):2358-2361.）

近几年来，传统的块状MOF已经不能完全满足许多特定的应用需求，特别是对于生物相关应用，MOF需要更小的尺寸以促进其进入到细胞中，例如生物医学成像、药物递送和生物传感等，因此具有可控尺寸和形貌的纳米级MOF晶体的合成已经成为一个新兴话题。纳米级MOF的表面积大于块状MOF的表面积，导致其在分离、催化和传感方面性能提高。（Furukawa S, Reboul J, Diring S, et al. Structuring of metal-organicframeworks at the mesoscopic/macroscopic scale[J]. Chemical Society Reviews,2014, 43(16):5700-5734.）因此，纳米级MOF的合成至关重要。

2D MOF纳米片合成主要有两种方法，一是自上而下合成方法，该方法是从块状MOF上剥离；二是自下而上合成方法，该方法则使用金属和有机配体直接合成2D MOF纳米片。（Zhao M , Lu Q , Ma Q , et al. Two-Dimensional Metal-Organic FrameworkNanosheets[J]. Small Methods, 2016, 1(1-2):1600030.）

ZIFs是由二价Zn、Co等金属盐和咪唑酯或其衍生物配体在有机溶剂中反应生成的一种具有类沸石骨架结构的MOFs材料。咪唑酯是一种具有共轭性质的五元环，通过失去一个质子与金属离子配位，形成一个连接方式刚好对应于沸石材料中的Si-O-Si结构、键角接近于145°的M-IM-M(M：过渡金属离子；IM：咪唑酯)，所以ZIFs材料结合了金属有机骨架材料和沸石的双重优势，既具有MOFs材料的高孔隙率和大比表面积以及结构可调性，又具有无机沸石的高稳定性。（Park K S, Ni Z, Côté A P, et al. From the Cover:Exceptional chemical and thermal stability of zeolitic imidazolate frameworks[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2006, 103(27):10186-10191.）因此，ZIFs材料在很多方面具有潜在的应用价值，如气体吸附分离、离子交换、化工催化过程以及气体储存等。