[发明专利]一种Zn-Cu-ZIF双金属有机骨架化合物的制备方法

说明书

本发明公开了一种Zn‑Cu‑ZIF双金属有机骨架化合物的制备方法，其制备方法包括：将锌盐、铜盐在恒温水浴、氮气保护下充分溶解于二甲基甲酰胺中，制备出反应液A，苯并咪唑和二乙胺在恒温水浴、氮气保护下充分溶解于二甲基甲酰胺中，制成反应液B，将反应液B加入到反应液A中，在高温高压条件下进行晶化得到Zn‑Cu‑ZIF。本发明方法具有成本低廉、装置简单、操作简易、高度可控及环境友好等优点，所制备的Zn‑Cu‑ZIF可作为光催化剂使用；通过控制六水合硝酸锌和三水合硝酸铜的物料配比即可得到不同吸光能力的Zn‑Cu‑ZIF金属有机骨架化合物。所制得的Zn‑Cu‑ZIF金属有机骨架化合物，实现了分子水平上催化位点的调控，其光催化性能得到大幅提升。

技术领域

本发明属于化学合成领域，涉及一种Zn-Cu-ZIF双金属有机骨架化合物的制备方法。

背景技术

金属有机骨架化合物是一类由金属中心或者金属簇与有机配体以配位键的形式连接形成的具有特定拓扑结构和规则孔径的多孔材料。相比于其它多孔材料，金属有机骨架化合物具有更大的比表面积和更高的孔隙率，其结构、多孔性和孔结构也可随金属或者配体的不同而进行调控,同时还可以进行功能化修饰改性,这些优异的特性使得金属有机骨架材料在现代材料研究方面呈现巨大的发展潜力和诱人的发展前景。比如气体的吸附分离、气体储存、有机催化、光电磁材料、化学传感器等领域。

然而，结构的不稳定性等缺陷制约着金属有机骨架材料的发展和应用。因此对传统金属有机骨架材料进行功能化改性以提高材料的自身特性和稳定性成为研究趋势。目前混合成分金属有机骨架材料开始被研究者关注。这种材料可分为两大类：多配体金属有机骨架材料和多金属中心金属有机骨架材料。相比于单金属有机骨架材料，多金属掺杂的金属有机骨架材料保持了对应单金属有机骨架材料一致的结构及孔道，且多种金属大致均匀的分布在晶格中，具有更快的配位及结晶速率。多金属在同一框架结构内的配位促进了更多晶体内部缺陷的产生，使得多金属有机骨架材料的比表面积相对于单金属材料有一定程度上的提升。另外，多金属掺杂的金属有机骨架材料在某些实际应用方面的各种性能已经超过了某些对应单金属MOFs材料。例如，Yang等人合成的以均苯三甲酸为配体的Co/Fe双金属有机骨架材料，当其作为催化剂检测H₂O₂时，在10～100μM范围内对H₂O₂的检出限为5μM(R²＝0.997)，其效果要高于对应的单金属材料。Liu等人在聚苯胺的辅助条件下，在泡沫镍上合成MOF-74-Co/Fe纳米列阵,在氮气保护下经过高温处理制备NF@PANI@MOF-74-Co/FeNRAs复合材料。在用作析氧反应的电催化时表现出较高于单金属材料的电催化活性。但是，目前报道的多金属有机骨架材料极少具有适合用于光催化上坡反应的能带结构，鉴于此，亟需从结构设计出发，开展具有合适能带结构的Zn-Cu-ZIF双金属有机骨架化合物的制备，以满足高效光催化剂的发展需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺简单、成本低廉且高度可控的溶剂热法合成Zn-Cu-ZIF双金属有机骨架化合物的方法。

本发明提供了一种Zn-Cu-ZIF双金属有机骨架化合物的制备方法，该方法包括：将锌盐、铜盐在恒温水浴、氮气保护下充分溶解于二甲基甲酰胺中，制备出反应液A，苯并咪唑和二乙胺在恒温水浴、氮气保护下充分溶解于二甲基甲酰胺中，制成反应液B，将反应液B加入到反应液A中，在高温高压条件下进行晶化得到Zn-Cu-ZIF。

优选的，制备反应液A的方法中，锌盐与二甲基甲酰胺用量配比为：1.0～2.0mmol∶30～45mL，铜盐用量为锌盐物质的量的5％～30％。

优选的，锌盐为六水合硝酸锌。

优选的，制备反应液A的方法中，恒温水浴温度控制在25～40℃。

优选的，制备反应液B的方法中，苯并咪唑、二乙胺和二甲基甲酰胺用量配比为4～10mmol∶1～5mL∶30～45mL。