[发明专利]一种金属-有机骨架的多孔纳米线及其制备方法和应用

说明书

本发明属于多孔材料形貌控制技术领域，公开了一种金属‑有机骨架的多孔纳米线及其制备方法和应用。该方法是在金属‑有机骨架的前驱液中加入多元醇搅拌，在100～150℃溶剂热反应，冷却后离心分离，所得产物分别用DMF和甲醇洗涤，真空干燥制得金属‑有机骨架的多孔纳米线；所述金属‑有机骨架的前驱液为UiO‑66的前驱液或MIL‑101(Fe)的前驱液。本发明通过多元醇的加入可以调控金属‑有机骨架往特定晶面生长，所制得的金属‑有机骨架的多孔纳米线能保持结构稳定，形貌较均一，其长度为500～1500nm，粒径为20～100nm。该方法操作简便、条件温和、材料形貌可调控，在光催化或电催化领域有应用潜力。

技术领域

本发明属于多孔材料形貌控制技术领域，具体地，涉及一种金属-有机骨架的多孔纳米线及其制备方法和应用。

背景技术

金属-有机骨架(Metal-organic frameworks，MOFs)是指一类高度有序的结晶多孔材料，由无机金属和有机配体配位连接成一维、二维或三维骨架。在过去的十年中，由于MOFs具有极大的比表面积、可调节的孔径、以及优异的热稳定性和化学稳定性等特点，广泛应用于气体分离和储存、催化、有机分子的吸附和药物传递等领域。目前MOFs的研究主要集中在块体MOFs材料的设计、合成、表征和应用上。通过对MOFs成核和生长以及在特定衬底上诱导MOFs形成的程序的精确控制可合成不同形貌的MOFs。目前，通过调节配体浓度和调节剂浓度可合成如超薄二维薄膜、六方纳米板、八面体、立方体、凹八面体或空心八面体形貌的MOFs。MOFs纳米线由于具有较大高宽比，能暴露更多活性位点，且具有较好的导电性能，引起广泛关注。合成MOFs纳米线的方法有模板剂法和无模板剂法，模板剂法需要多孔Al₂O₃、聚合物、金属或金属氧化物纳米线等作为模板，合成过程中所需温度高，合成时间长，成本高，后处理程序复杂。无模板剂法是利用晶体相变，设计有机配体和金属离子的定向组装使其往某一晶面生长。其中，配位调节剂，如有机酸、碱类，可通过指导MOFs的成核和生长过程来控制MOFs晶体的尺寸和/或尺寸。但是有机酸、碱的加入有可能会造成MOFs骨架的坍塌，且形貌不好调控。

多元醇的分子中含有二个或二个以上羟基，一般溶于水，大多数多元醇具有沸点高，对极性物质溶解能力强，毒性和挥发性小等特性。多元醇可用于生产醇酸树脂、清漆、聚酯树脂、炸药等工业品，且可作为合成干性油、胶黏剂、增塑剂、表面活性剂的重要中间体。通过在金属-有机骨架的前驱液中加入多元醇，利用多元醇中的羟基可与MOFs中的金属离子产生配位作用，调控金属-有机骨架的生长方向，合成具有特殊形貌——多孔的纳米线。目前为止，未见关于多元醇调节合成特定形貌金属-有机骨架方面的相关研究和报道。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种金属-有机骨架的多孔纳米线。该纳米线可通过调节多元醇的添加量合成，增大高宽比，使其暴露更多的活性位点。

本发明的另一目的在于提供上述金属-有机骨架的多孔纳米线的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述金属-有机骨架的多孔纳米线的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种金属-有机骨架的多孔纳米线的制备方法，包括以下具体步骤：

S1.将ZrCl₄或FeCl₃·6H₂O加入对苯二甲酸(H₂BDC)和N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中超声溶解，制得金属-有机骨架的前驱液，即为UiO-66的前驱液或MIL-101(Fe)的前驱液；

S2.将多元醇加入到金属-有机骨架的前驱液中搅拌，制得混合液；

S3.将所得混合液在100～150℃溶剂热反应，冷却后离心分离，所得产物用DMF和甲醇洗涤，在60～180℃真空干燥，制得金属-有机骨架的多孔纳米线。