[发明专利]一种多孔金属与有机框架化合物的复合化方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及无机复合材料合成领域，具体涉及一种多孔金属与有机框架化合物的复合化方法及其在氢气吸附中的应用。

背景技术

氢气是一种理想的绿色清洁能源，并且氢能拥有非常高的燃烧热值，燃烧1kg氢气所产生的热量，相当2.4kg甲烷或3kg汽油燃烧所产生的热量。高能使氢成为推进航天器、燃料电池等的重要燃料之一。氢本身无毒，燃烧产物是水，无污染，且能循环使用。氢的利用形式多，可以气态、液态或固态金属氢化物出现，能适应贮运及各种应用环境的不同要求。因此，可以说氢能是最理想的、完美的能源。氢能作为一种高效、清洁、可持续的“无碳”能源已得到世界各国的普遍关注，被誉为21世纪的能源。发展氢经济是人类摆脱对化石能源的依赖、保障能源安全的永久性战略选择。

多孔材料是一类具有特定孔尺寸和结构的功能材料，其具有比表面积大、孔隙率高等特点，在吸附分离、分子催化，特别是大气污染治理与防控方面具有十分广泛的应用。MOFs为近年来新兴的新一代晶态杂化功能多孔材料，它是以金属离子(簇)作为节点、有机功能配体作为连接体通过配位键形成的晶态化合物，具有高热稳定性、结构有序、孔尺寸可调控等优点。由于超低密度的MOFs材料通常具有0.4～5nm的孔径，非常适于气体的储存、分离，并可通过化学修饰对其孔表面结构进行调控以增强吸附作用力，后修饰处理可以使其含有大量的活性中心，因而MOFs在特定小分子物质的吸附分离、不对称催化等方面具有十分广阔的应用前景。在国内外众多科技工作者的共同努力下，目前对于如何构筑MOFs已经掌握了大量的合成方法，形成了初步经验规律，并逐步向有针对性的定向合成与可控组装方向发展。

多孔金属是一类典型的集结构、功能于一体的材料，它不但具有巨大的内表面积、高孔隙率和较均匀的孔结构，而且具有金属材料的高导热率、高导电率、抗腐蚀、抗疲劳等优异性能，使其在吸附分离方面具有重要的应用。同时，多孔金属机械性能优异、易加工、可折叠，具有较优异的渗透性好再生性能和长使用寿命等特点，在现代新兴工业中，特别是环保、新能源领域，具有越来越重要的应用。多孔金属的制备则随着材料科技和纳米科技的快速发展而日趋成熟，根据实际需要其孔径可在10nm～200μm的范围内进行调变，孔隙率最高可达90％以上。同时，由于大量孔隙的存在，它成为与其它材料多元复合的备选材料之一，通常它是将多孔金属作为基体或载体，把特定的中心活性组分引入到其特有的内孔壁结构上，形成新颖的功能一体化复合多孔材料。这种复合化一方面可以实现两种材料优势互补，另一方面复合化后呈现出显著的协同效应，因此，有关多孔金属复合化的研究属于重要的研究方向和热点领域。

但是，现有技术中缺少多孔金属与有机框架化合物的复合化方法并缺少将在氢气吸附中的应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种多孔金属与有机框架化合物的复合化方法。

本发明的再一目的是，提供一种多孔金属与有机框架化合物的复合化方法在氢气吸附中的应用。

为实现上述目的，本发明公开了如下技术方案：

一种多孔金属与有机框架化合物的复合化方法，包括如下步骤：

S1多孔金属界面活化：将具有储氢性能的多孔金属钛以及Ni-Co-Mn三元合金酸处理，使表面的氧化膜出去，金属裸露出来，金属表面形成活化层；

S2MOF-Y材料制备：准确称量质量份数0.018份的2,4-二(3，5-苯甲二酸)-苯甲酸和0.030份的Zn(NO₃)₂·6H₂O，溶解于2mL N,N-二甲基甲酰胺与水的混合溶剂中搅拌均匀(V(DMF):V(H₂O)＝3:1)，封装入带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，加热至105℃恒温72h,然后以5℃的降温速率降至室温,经N,N-二甲基甲酰胺溶剂洗涤，在室温环境下干燥得到无色块状晶体,产率为72.6％；

S3将步骤S1中所活化后的多孔金属钛及Ni-Co-Mn三元合金与MOF-Y进行化学结合从而复合化，即在MOF-Y生成的反应釜中加入适量多孔金属，进行溶剂热反应，使MOF-Y可以直接生长在多孔金属钛及Ni-Co-Mn三元合金的孔洞界面上；

S4对复合材料进行表征，通过包括但不限于扫描电镜、透射电镜、粉末X-射线衍射、红外光谱、差热分析的手段对复合多孔材料的形貌、热解特性进行表征，通过气体吸附分析手段和分析方法确定复合多孔材料氢气吸附性能。