[发明专利]一种在外部电场条件下制备ZIF-8材料的方法

说明书

本发明属于制备金属有机骨架技术领域，公开了一种在外部电场条件下制备ZIF‑8材料的方法。具体包括：1)分别配制金属盐和有机配体的溶液；2)在一定强度的外部电场下混合金属盐和有机配体溶液，静置使其反应；3)将分散液进行离心，洗涤下层沉淀，干燥得到ZIF‑8产物。本发明的方法简单，生产效率高，可扩大化生产；在外部电场的作用下，所制备的ZIF‑8材料与传统的ZIF‑8材料具有不同的相组成。

技术领域

本发明属于制备金属有机骨架技术领域，具体涉及一种在外部电场条件下制备ZIF-8材料的方法。

背景技术

金属有机骨架(MOFs)是无机-有机杂化材料，由金属离子或离子簇和有机配体进行配位组成的材料。由于其具有结构明确，孔径可调，高表面积和功能可调节性的特点，在材料科学领域收到了广泛研究。MOFs具有很广泛的潜在用途，包括气体存储，分离，催化，超级电容器等。

沸石咪唑盐骨架(ZIF)是一类由金属离子和咪唑酯配体配位的MOF。在它们的结构中，金属四面体与咪唑酯桥接的M-IM-M角接近145°，与沸石中的Si-O-Si角一致，因此ZIF一般具有类似于沸石结构的拓扑结构。不同于其他的MOF，ZIF具有出色的化学和热稳定性，被认为是用于气体存储和气体分离有前途的材料。

ZIF-8材料是由美国Yaghi课题组研究合成的一种性能优异的ZIF材料。目前已经报道的ZIF-8材料是由锌盐(硝酸锌)和2-甲基咪唑在溶剂(甲醇，水，N,N-二甲基甲酰胺)中通过溶剂热法或是室温合成的。由于ZIF-8的有效孔径介于C₃H₆和C₃H₈的临界直径之间，被认为是通过分子筛分离C₃H₆/C₃H₈的理想材料，因此引起了广泛研究者们的关注。

ZIF-8材料有三种不同的晶相，分别是立方相ZIF-8_I单斜相ZIF-8_Cm和三斜相ZIF-8_R3m。Caro等人发现在ZIF-8膜外施加原位电场(500V/mm)，ZIF-8由柔性的I相转变为刚性Cm相，这有利于对于C₃H₆/C₃H₈的筛分。Caro和Wang等人通过快速电流驱动法合成ZIF-8膜，由于直流电形成局部原位电场导致ZIF-8晶格的先天畸变，生成Cm相为主要的ZIF-8膜。从以上的研究可以看出，电场对于ZIF-8的相组成存在着影响。但目前为止还没能报导不同相组成的ZIF-8粉体的制备。

发明内容

为了解决现有合成技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种在外部电场条件下制备ZIF-8材料的方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种在外部电场条件下制备ZIF-8材料的方法，包括以下步骤：

(1)在常温下，取Zn(NO₃)₂·6H₂O溶于甲醇中，超声至溶液清澈得溶液1；

(2)在常温下，取2-甲基咪唑溶于甲醇中，超声至溶液清澈，得到前体溶液2；

(3)在电场下将步骤(1)所述的溶液1和步骤(2)所述的溶液2混合，静置使其反应生成ZIF-8；

(4)将步骤(3)得到的浑浊溶液进行离心，洗涤，干燥，获得ZIF-8粉末。

优选地，步骤(1)中所述超声的时间为5-30min。

优选地，步骤(1)所述溶液1中的Zn(NO₃)₂·6H₂O的浓度为0.05-0.2mol/L。

优选地，步骤(2)所述溶液2中的2-甲基咪唑的浓度为0.05-0.5mol/L，所述超声的时间为5-30min。