[发明专利]独立式金属有机骨架气凝胶及其制备

说明书

本申请涉及一种形成气凝胶的方法，包括通过以下方法制备金属有机骨架(MOF)气凝胶：制备包含用于金属有机骨架气凝胶的金属前体的多孔固体，然后通过使多孔固体与混合有溶剂的有机配体反应，从而将金属前体转化为金属有机骨架。然后通过超临界萃取和干燥除去溶剂。

相关申请

本专利申请要求于2018年12月28日提交的临时专利申请第62/917,736号的优先权，该临时专利申请被转让给本发明的受让人并由其发明人提交，在此通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及一种凝胶网络和该凝胶网络的制造。更具体地，本公开涉及使用溶胶凝胶法的气凝胶的形成，并且描述了用于制备金属有机骨架(MOF)气凝胶的方法。

背景技术

金属有机骨架(MOF)由金属离子或簇与有机配体配位组成，形成一维、二维或三维结构，并具有定义明确的孔道网络以用于分子运输、分离和存储。骨架网络可以促进分子催化反应和转化。作为非限制性实例，潜在的应用包括气体分离和储存、CO₂捕集、水净化、催化反应和污染修复。

MOF可能组装成高度多孔的材料，例如气凝胶和冷冻凝胶材料，可以使材料具有目的机械性能、热性能和光学性能。二氧化硅、无机氧化物和混合氧化物的气凝胶通常通过标准的溶胶凝胶技术进行制备，然后进行超临界萃取和干燥以除去溶剂。碳、石墨烯和聚合物衍生的材料(例如，聚合间苯二酚甲醛(RF)和三聚氰胺甲醛(MF))通常涉及聚合反应或使用接头进行组装，然后从凝胶中除去分散的溶剂相。

气凝胶具有多种应用。最重要的是气凝胶作为隔热材料的用途。气凝胶用于传感器、光学设备、波导、电子设备和激光器。气凝胶的其他用途还包括核颗粒检测和废物处理，例如污染物吸收和核废物玻璃化。气凝胶还用作催化剂、能量存储装置和电容器。

发明内容

通过制备金属有机骨架(MOF)气凝胶来制备本申请的气凝胶，方法包括：制备包含用于MOF气凝胶的金属前体的多孔固体，并且通过使该多孔固体与与混合有溶剂的有机配体反应，从而将金属前体转化为MOF。然后通过超临界萃取和干燥除去溶剂。

附图说明

图1是示出金属有机骨架(MOF)气凝胶的制备过程的示意图，该过程从金属前体溶胶的制备及其凝胶化开始，然后通过将经选择的络合配体添加到凝胶中，使凝胶转化为金属有机骨架，并除去未反应的配体以产生金属有机骨架气凝胶。

图2A和图2B是凝胶化后的Zn基气溶胶(图2A)和超临界干燥后的相应的气凝胶(图2B)的照片图像。

图3A、图3B和图3C是金属有机骨架(MOF)湿凝胶(图3A)及其在超临界干燥后的气凝胶ZIF-8(图3B)和MOF-5(图3C)的照片图像。

图4是通过超临界干燥锌前体湿凝胶得到的Zn基气凝胶以及由锌前体湿凝胶制备的ZIF-8气凝胶和MOF-5气凝胶的X射线衍射图的图示。

图5A至图5C是来自锌前体湿凝胶经超临界干燥的Zn基气凝胶(图5A)以及根据本发明中描述的步骤由锌前体湿凝胶制备的ZIF-8气凝胶(图5B)和MOF-5气凝胶(图5C)的扫描电子显微镜(SEM)图像。SEM图像中的插图是相应样品的气凝胶块的图片。图5D是图5A至图5C所示的Zn基气凝胶、ZIF-8气凝胶和MOF-5气凝胶的粒度分布的图示。图6A至图6I是从超临界干燥锌前体湿凝胶获得的Zn基气凝胶的聚焦离子束扫描电子显微镜(FIB-SEM)分析。图6A示出了Zn基气凝胶的电子显微镜图。图6B至图6I是气凝胶的3D重建图像。

图7A至图7H是由Zn基气凝胶制备的ZIF-8气凝胶的聚焦离子束扫描电子显微镜(FIB-SEM)分析。图7A示出了ZIF-8气凝胶的电子显微镜图。图7B至图7H是气凝胶的3D重建图像。