[发明专利]一种基于芘四羧酸的Tb-MOF纳米片的制备及应用

说明书

本发明公开了一种基于芘四羧酸的Tb‑MOF纳米片的制备方法及应用，其是将1,3,6,8‑四(4‑羧基苯)芘、乙酸铽六水合物或硝酸铽六水合物分别溶于N,N‑二甲基乙酰胺中，超声使其完全溶解，然后将两种溶液超声混合均匀。经微波合成法制得所述Tb‑MOF纳米片。本发明所得Tb‑MOF纳米片可实现在绿色溶剂（水、乙腈和甲醇）中将硫醚类有机物高效、高选择性地催化氧化成相应的亚砜类化合物，具有良好应用前景。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种基于芘四羧酸的Tb-MOF纳米片及其制备方法与应用。

背景技术

硫化物选择性氧化成亚砜或砜在生物医药方面有着重要的应用，引起了有机化学和合成化学领域的重大兴趣，特别是亚砜的中间产物，广泛应用于生物、医学、氧化脱硫和工业化学等领域。早期获得亚砜的传统方法是使用强氧化剂，例如强酸、碘酸、氢过氧化物、氮氧化物等，然而，这些氧化剂在后处理过程中产生的废弃物会对环境产生许多不良影响。制备一种更环保的高效催化剂，使其可以在无强氧化剂的水溶剂中直接催化氧化成为了研究的重点。

金属-有机骨架(Metal Organic Framework，MOFs)是一种通过配位键连接金属离子/团簇和有机配体而形成的晶体多孔材料，由于其可调控的结构和功能、超高的孔隙率和大的表面积等优点，MOFs在催化、气体储存与分离、能量储存与转换、生物医学和传感器等领域具有巨大的应用潜力。MOFs的相关研究是近年来化学和材料领域中快速发展的领域之一，到目前为止，已经发展了许多成熟的方法来合成各种各样的MOFs，它们具有特定的尺寸、形状和组成。自发现石墨烯这一具有大表面积和高表面能的二维(2D)材料以来，二维(2D) MOFs材料也引起了人们极大的研究兴趣，其独特的物理化学性质是一些大块材料无法比拟的。所以有望制备二维(2D)MOFs纳米片作为一种异相催化剂，并实现其在绿色溶剂中的高效催化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于芘四羧酸的Tb-MOF纳米片及其制备方法与应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的目的之一是保护一种基于芘四羧酸的Tb-MOF纳米片的制备方法，其包括如下步骤：

1）将摩尔比为1:3的1,3,6,8-四(4-羧基苯)芘、乙酸铽六水合物或硝酸铽六水合物分别溶于等体积的N,N-二甲基乙酰胺中，100Hz超声至其完全溶解，得到1,3,6,8-四(4-羧基苯)芘溶液和乙酸铽或硝酸铽溶液；

2）将步骤1）所得1,3,6,8-四(4-羧基苯)芘溶液、乙酸铽溶液或硝酸铽溶液等体积混合于玻璃瓶中，加入酸进行调节，再100Hz超声10min将其混合均匀；

3）将混合好的玻璃瓶放入微波炉中，400-500W反应5-10min，冷却至室温，10000r/min离心后收集沉淀，先后用N,N-二甲基乙酰胺、乙醇各洗涤两次，分散于水中后冷冻干燥24 h，得到Tb-MOF纳米片。

步骤2）中所加入的酸为甲酸、醋酸、苯甲酸、L-脯氨酸中的任意一种（优选醋酸），其加入量与1,3,6,8-四(4-羧基苯)芘的摩尔比为0:1-600:1。本发明通过调节酸的种类和用量可获得形状、大小、厚度不同的芘四羧酸Tb-MOF纳米片。

本发明的目的之二是保护所述方法制备的基于芘四羧酸的Tb-MOF纳米片大小均匀、形状规则，其直径为100nm-500nm，厚度为10nm-100nm，比表面积为20m²/g-1000m²/g。

本发明的目的之三是保护所述基于芘四羧酸的Tb-MOF纳米片在对苯甲硫醚、苯甲硫醚、4,-甲基茴香硫醚、4-甲氧基茴香硫醚、4-氟茴香硫醚、4-氯茴香硫醚、4-溴茴香硫醚等硫醚类有机物的可见光催化氧化中的应用。其具体应用方法是将所述基于芘四羧酸的Tb-MOF纳米片与硫醚类有机物按摩尔比0.03:1共同加入到溶剂中，在室温、可见光照射下反应4h-10h，制得相应的亚砜类化合物。所述溶剂为水、乙腈或甲醇。