[发明专利]一种高强高韧MOF玻璃的制备方法及其所制备的MOF玻璃

说明书

一种高强高韧MOF玻璃的制备方法及其所制备的MOF玻璃，所述制备方法步骤如下：S1、按照以下质量百分比准备制备原料：10％‑15％六水硝酸钠、70％‑75％咪唑、10％‑15％苯并咪唑，采用溶剂热合成法制备粉体MOF；S2、通过热等静压成型将粉体MOF压缩为块体MOF玻璃，所述热等静压成型在真空条件下进行，热等静压成型的压力为P，P＝30MPa‑50MPa，温度为T₂，T₂＝750K‑850K；S3、采用聚焦离子束在块体MOF玻璃表面制备微型圆柱阵列，即完成高强高韧MOF玻璃的制备；所述微型圆柱阵列中微型圆柱的高度为0.3um‑2um，直径为100nm‑500nm，微型圆柱阵列的密度为每1mm²内1700‑3600个微型圆柱。本发明解决了现有技术中MOF玻璃可靠性和耐久性不足的问题，克服了MOF玻璃低强度脆性的内在特性，为工业应用提供了保障。

技术领域

本发明涉及一种高强高韧MOF玻璃的制备方法及其所制备的MOF玻璃，属于金属有机框架材料制备技术领域。

背景技术

金属有机框架(Metal-Organic Framework，简称MOF)是指由含氧、氮等的多齿有机配体与过渡金属离子自组装而成的，有特殊孔道结构的类沸石骨架材料。它们具有孔隙率高、比表面积大、密度小，孔径结构、组成和功能设计可调等优点，可以用来运输清洁能源和吸附二氧化碳等，对实现碳中和、缓解气候变暖有重要的作用。然而，MOF材料携带和运输不方便，且强度不高。MOF玻璃在一定程度上能够缓解以上问题，但MOF玻璃属于脆性材料，严重限制了应用中的可靠性和耐久性，比如在高压或高应力应用场合(管道、压力容器等)，传统MOF玻璃由于强度低且脆容易导致在使用过程中失效。因此，如何制备高强高韧的MOF玻璃是现在亟需解决的一大难题。

发明内容

本发明的发明目的是解决现有技术中MOF玻璃可靠性和耐久性不足的问题，开发制备高强高韧MOF玻璃，克服了MOF玻璃低强度脆性的内在特性，为工业应用提供了保障。

本发明实现其发明目的首先提供了一种高强高韧MOF玻璃的制备方法，其步骤如下：

S1、按照以下质量百分比准备制备原料：10％-15％六水硝酸钠、70％-75％咪唑、10％-15％苯并咪唑，采用溶剂热合成法制备粉体MOF；

S2、通过热等静压成型将粉体MOF压缩为块体MOF玻璃，所述热等静压成型在真空条件下进行，热等静压成型的压力为P，P＝30MPa-50MPa，温度为T₂，T₂＝750K-850K；

S3、采用聚焦离子束在块体MOF玻璃表面制备微型圆柱阵列，即完成高强高韧MOF玻璃的制备；所述微型圆柱阵列中微型圆柱的高度为0.3um-2um，直径为100nm-500nm，微型圆柱阵列的密度为每1mm²内1700-3600个微型圆柱。

进一步，本发明制备方法所述步骤S1制备原料中各组分的质量百分比为：12％-13％六水硝酸钠、72％-74％咪唑、11.5％-13.5％苯并咪唑。

进一步，本发明制备方法所述步骤S1溶剂热合成法所用溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，溶剂热合成法的反应温度为T₁，T₁＝120℃-140℃。

进一步，本发明制备方法所述步骤S1采用溶剂热合成法制备粉体MOF的具体操作是：

s11、将制备原料和N,N-二甲基甲酰胺加入水热瓶中，超声分散并搅拌至充分溶解，得到混合溶液；

s12、加热混合溶液至反应温度T₁并保温24h-48h，然后移除N,N-二甲基甲酰胺，得到粉体MOF；

s13、依次采用N,N-二甲基甲酰胺和二氯甲烷清洗粉体MOF，并将清洗后的粉体MOF置于二氯甲烷中浸泡24h-48h；