[发明专利]类沸石咪唑骨架-介孔硅复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料化学领域，特别是涉及金属有机骨架-介孔硅复合材料，更具体的说是涉及类沸石咪唑骨架-介孔硅复合材料及其制备方法。

背景技术

金属有机骨架材料(Metal Organic Frameworks，MOFs)是一种新型的具有特殊三维孔道结构的多孔材料，它是无机金属与含氧、含氮等多齿有机配体通过自组装形成的一种结构规则可调的多孔聚合物材料。与传统无机多孔材料相比，具有超高的比表面积(高达几千m²/g)、高孔隙率、可调节的孔尺寸、高度有序的孔结构以及可控制的表面功能基团。MOFs在气体储存、吸附分离、催化等领域有着越来越广泛的应用。但MOF的水热稳定性比较差，例如MOF-5的晶型结构在潮湿的外部环境下几分钟至几小时内就会坍塌(S.S.Kaye,A.Dailly,O.M.Yaghi and J.R.Long,J.Am.Chem.Soc.,2007,129,14176；A.Dhakshinamoorthy,M.Alvaro,A.Corma,H.Garcia,Dalton Trans.,2011,40,6344.)，为此，大量的科研工作者在合成具有良好稳定性和满足吸附催化反应要求的MOFs材料上进行了诸多的努力，类沸石咪唑骨架材料(Zeolitic Imidazolate Frameworks，简称ZIFs)是一种新型具有沸石拓扑结构的纳米多孔材料，其结合了无机沸石中的高稳定性和MOFs的高孔隙率及有机骨架功能，且合成条件温和(室温下即可)，是一种非常有潜力的气体吸附剂(例如CO₂、CH₄)、催化剂，和其他MOFs相比具有更好的热稳定性和化学稳定性(K.S.Park,Z.Ni,A.P.Cote,J.Y.Choi,R.Huang,F.J.Urlbe-Romo,H.K.Chae,M.’Keefffe,O.M.Yaghi,PNAS,2006,10181；R.Banerjee,A.Phan,B.Wang,Carolyn,Knobler,H.Furukawa,M.O’Keeffe,O.M.Yaghi,Science,2008,319,939；A.F.Gross,E.Sherman,J.J.Vajo,Dalton Trans.2012,41,5458)。综上，ZIFs系列材料作为一种用于吸附分离和催化方面具有非常有前景的材料而成为研究领域的热点。尽管如此，ZIFs的热稳定性仍然有待提高。为此，人们开展了将MOFs和其他材料进行复合制备来提高MOFs材料的吸附性能和热稳定性能。所制备的复合材料包括MOF与碳纳米管、石墨烯和大孔碳进行杂化制备来提高对气体(CO₂、H₂等)的吸附性能和水热稳定性以及电化学催化性能(C.Petit,T.J.Bandosz,Adv.Mater..2009,21,4753；Y.Zhao,H.Ding,Q.Zhong,Appl.Surf.Sci.2013,284,138；S.J.Yang,J.Y.Choi,H.K.Chae,J.H.Cho,K.S.Nahm,C.R.Park,Chem.Mater.2009,21,1893；C.M.Wu,M.Rathi,S.P.Ahrenkiel,R.T.Koodali,Z.Wang,Chem.Comm.2013,48,1223)。所制备的复合材料中，无机载体的介入不仅提高了复合材料的热稳定性，还对其吸附分离和催化性能有了大大的提高。另外，国外Mobile公司M41S系列介孔二氧化硅材料的合成得到了科研工作者的广泛关注，无机多孔二氧化硅具有有序孔径、比表面积大、表面富含硅羟基易于功能基化的优点，大量地应用于吸附分离、催化等领域，其中有序介孔硅材料MCM-41广泛地应用于重金属吸附、二氧化碳捕获以及催化反应(X.Q.Chen,K.F.Lam,Q.J.Zhang,B.C.Pan,M.Arruebo,K.L.Yeung,J.Phy.Chem.C.,2009,113,9804；S.Choi,J.H.Drese,P.M.Eisenberger,C.W.Jones,Env.Sci.Tech.,2011,45,2420；X.Q.Chen,M.Arruebo,K.L.Yeung,Catal.Today.，2013，204，140)。目前为止，还没有关于ZIFs与多孔介孔硅(比如MCM-41)复合材料的相关报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一是提供一种类沸石咪唑骨架-介孔硅复合材料，它具有较好的吸附性能、热稳定性和电化学催化性能。