[发明专利]一种NiMn MOF及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种NiMn MOF及其制备方法和应用，以镍盐、锰盐和含有萘二甲酸的有机酸/有机酸盐为原料，只需以去离子水为溶剂，通过水热法，制备线型带状Mn MOF生长于片状Ni MOF的异质结复合MOF。利用该方法制备的NiMn MOF具有形貌可控、组成可控的特点。该方法无需添加模板或表面活性剂，具有反应温度低、操作简单易于控制、环境友好等优点。

技术领域

本发明属于新材料技术领域，涉及一种纳米材料、金属-有机框架化合物(MOF)的制备方法，具体涉及一种NiMn MOF及其制备方法和应用。

背景技术

金属-有机框架化合物(MOFs)是由金属离子簇与有机配体通过自组装形成的一类具有高比表面积、大孔隙率和配位结构多样性的新型晶体材料，MOF材料中包含共价键、配位键和分子间作用力，且在合成方法上富有设计性，常表现出一些独特的物理、化学性质。MOF材料以活性金属离子为中心，可直接应用于超级电容器、气体存储、催化、传感器、药物载体等领域。由于MOF材料具有特殊形貌和多孔结构常作为前驱体，用来制备多孔碳材料、金属单质/碳材料、金属氧化物/硫化物/磷化物/氢氧化物等与碳的复合材料，且MOF衍生物可以遗传MOF的形貌及其大比表面积和高孔隙率等优点。因此，MOF材料在能源存储、电化学催化和传感等方面具有重要应用。

Ni MOF和Mn MOF是两类重要的金属离子MOF，在储能和电催化方面均表现出较好的性能。研究表明，将Ni和Mn两种金属离子混合得到复合MOF兼具两种金属离子MOF的优点，其性能更优于Ni、Mn单一金属离子的MOF。MOF材料制备时必须使用有机配体，而一般的有机配体溶于有机溶剂而不易溶于水，所以MOF制备过程通常会使用一种或多种有机溶剂，对环境不友好；另外，为了得到特殊形貌的MOF，在制备过程中需要加入表面活性剂，导致制备流程复杂。目前，尚未有在水溶液中、无表面活性剂和模板存在下，一步法合成形貌可控、组成可控的具有异质结构的线型带状Mn MOF结合片状Ni MOF的复合MOF的相关报道。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种NiMn MOF及其制备方法和应用，以解决现有制备方法中使用有机溶剂造成环境不友好以及加入表面活性剂导致制备流程复杂的问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种NiMn MOF的制备方法，将镍盐、锰盐与含有萘二甲酸基团的有机酸/有机酸盐按照1：(1.5～2.0)：(2.0～2.5)的摩尔比混合，以水为溶剂，通过一步水热法合成NiMn MOF。

优选地，上述的NiMn MOF的制备方法，包括以下步骤：

1)将含有萘二甲酸基团的有机酸/有机酸盐与水充分混合，调节溶液的pH值为7～10，得到溶液A；

2)将镍盐、锰盐加入到溶液A中，充分混合，得到混合溶液B；

3)将混合溶液B进行水热反应，反应结束后过滤，将滤饼进行冷冻干燥处理，得到NiMn MOF。

优选地，所述含有萘二甲酸基团的有机酸为2,6-萘二甲酸，含有萘二甲酸基团的有机酸盐为1,5-萘二甲酸二钠或1,5-萘二甲酸二钾。

优选地，含有萘二甲酸基团的有机酸/有机酸盐和水的摩尔比为(0.05～0.15)：1。

优选地，所述镍盐为硝酸镍、硫酸镍、氯化镍或醋酸镍；所述锰盐为硝酸锰、硫酸锰、氯化锰或醋酸锰。

优选地，一步水热法的反应温度为70～100℃，反应时间为5h～10h。

优选地，步骤1)和步骤2)中，充分混合是采用超声处理10-40min。