[发明专利]一种制备二维纳米片镍基金属有机骨架材料的方法

说明书

本发明公开了一种制备二维纳米片镍基金属有机骨架材料的方法，将含金属盐、聚乙烯吡咯烷酮、有机配体的混合溶液反应，分离，洗涤，即得二维纳米片镍基金属有机骨架材料；其中，所述混合溶液的溶剂为N,N‑二甲基甲酰胺与乙醇的混合溶剂，或N,N‑二甲基甲酰胺。本发明合成的二维纳米片镍基MOFs，尺寸大，可达十几微米，形貌良好，且合成简单、操作简单。

技术领域

本发明涉及金属骨架材料制备技术领域，具体涉及一种制备二维纳米片镍基金属有机骨架材料的方法。

背景技术

自从2004年Novoselov，Geim和他的同事从石墨中剥离石墨烯以来，二维纳米材料，特别是二维超薄层状纳米材料受到了越来越多的研究兴趣。由于其特殊的超薄厚度和二维形貌，二维纳米材料通常表现出独特的物理化学性质，如较大的比表面积、大量暴露的活性中心和较小的分子扩散势垒。因此，越来越多的研究集中在各种二维纳米材料的制备和应用上，包括石墨烯、金属、金属氧化物和金属硫化物。近年来，金属有机骨架(MOF)，特别是二维金属有机骨架(MOFs)引起了人们极大的兴趣。作为新发现的晶态多孔材料，MOF是通过金属离子或团簇与多面体有机配体配位而形成的，具有结构和功能可调、比表面积大、孔道有序程度高等特点。因此，2D MOF纳米材料结合了MOF和2D纳米结构的优点，在催化、传感器、超级电容器、仿生酶等方面表现出独特的性能。

由于它们的配位形式和配位结构的大小，大多数MOF都具有三维体晶体结构，因此，二维MOF的制备是具有挑战性的。二维MOF纳米材料的制备方法有自上而下和自下而上两种。自上而下的方法主要涉及体相MOF的分层。例如，可以通过在水或其他溶液中剥离块状MOF来制备2D MOF纳米片，例如丙酮、四氢呋喃、乙醇和甲醇。遗憾的是，由于MOF的块状前驱体，这种方法不适合制备形貌均匀(形态损伤)和高产率(通常小于15％)的MOF纳米膜和纳米片。相比之下，MOF纳米膜或纳米片可以通过自下而上的方法直接制备，比如表面活性剂辅助合成，界面合成法和自组装合成。相对于自上而下合成法，自下而上方法得到的产品结构均匀，产率高。但现有技术中 MOFs的制备方法复杂、尺寸不高，因此，本发明提供了一种由纳米线组装大尺寸二维纳米片镍基MOFs的方法。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种制备二维纳米片镍基金属有机骨架(MOFs)的方法。

发明思路：本发明通过将金属离子和有机配体分别溶解在相应的有机溶剂中，随后加入到不同组成的反应溶剂体系中，在表面活性剂PVP的辅助下合成了纳米线，实现了将纳米线组装大尺寸二维纳米片镍基MOFs。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种制备二维纳米片镍基MOFs的方法，将含金属盐、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、有机配体的混合溶液反应，分离，洗涤，即得二维纳米片镍基MOFs。

其中，所述混合溶液的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)与乙醇的混合溶剂，或 N,N-二甲基甲酰胺；优选地，所述混合溶液的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺与乙醇的混合溶剂；进一步优选地，所述混合溶剂中，N,N-二甲基甲酰胺与乙醇的体积比为15：1-1： 15；更进一步优选地，所述混合溶剂中，N,N-二甲基甲酰胺与乙醇的体积比为3：1-1： 3。

优选地，所述乙醇为无水乙醇。

其中，所述含金属盐、聚乙烯吡咯烷酮、有机配体的混合溶液可以是直接将金属盐、聚乙烯吡咯烷酮、有机配体溶于混合溶液的溶剂中，也可以是先将金属盐溶液与聚乙烯吡咯烷酮混合，再与有机配体溶液混合。

其中，当所述混合溶液为先将金属盐溶液与聚乙烯吡咯烷酮混合，再与有机配体溶液混合时，所述配置方法具体包括如下步骤：

(1)向第一金属盐溶液中加入溶剂，混合均匀，得到第二金属盐溶液；

(2)向步骤(1)所得第二金属盐溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮，混合均匀；