[发明专利]石墨烯-金属有机框架复合材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种石墨烯-金属有机框架复合材料，包括石墨烯和金属有机框架化合物，其特征在于，所述石墨烯为三维多孔石墨烯，所述金属有机框架化合物均匀生长于所述三维多孔石墨烯内部孔道结构中，所述石墨烯-金属有机框架复合材料的制备方法包括以下步骤：

（1）将氧化石墨烯超声分散于溶剂中进行水热反应，得到三维多孔石墨烯液凝胶，干燥所述三维多孔石墨烯液凝胶，得到三维多孔石墨烯气凝胶；

（2）利用压力差或浸渗的方法使金属有机框架材料前驱体溶液进入到所述三维多孔石墨烯气凝胶的孔道中，得到含金属有机框架材料前驱体溶液的三维多孔石墨烯气凝胶；

（3）将步骤（2）所得含金属有机框架材料前驱体溶液的三维多孔石墨烯气凝胶进行热处理，使三维多孔石墨烯的孔道中生长出金属有机框架材料，得到石墨烯-金属有机框架复合材料；所述热处理的温度为80℃～130℃，时间为24h～96h。

2.根据权利要求1所述的石墨烯-金属有机框架复合材料，其特征在于，所述金属有机框架化合物与三维多孔石墨烯的质量比为0.01～30∶1。

3.一种石墨烯-金属有机框架复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将氧化石墨烯超声分散于溶剂中进行水热反应，得到三维多孔石墨烯液凝胶，干燥所述三维多孔石墨烯液凝胶，得到三维多孔石墨烯气凝胶；

（2）利用压力差或浸渗的方法使金属有机框架材料前驱体溶液进入到所述三维多孔石墨烯气凝胶的孔道中，得到含金属有机框架材料前驱体溶液的三维多孔石墨烯气凝胶；

（3）将步骤（2）所得含金属有机框架材料前驱体溶液的三维多孔石墨烯气凝胶进行热处理，使三维多孔石墨烯的孔道中生长出金属有机框架材料，得到石墨烯-金属有机框架复合材料；所述热处理的温度为80℃～130℃，时间为24h～96h。

4.根据权利要求3所述的石墨烯-金属有机框架复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述氧化石墨烯与所述溶剂的比值为1mg～15mg∶1mL；所述溶剂包括水、乙醇、DMF和乙二醇中的一种或多种；所述水热反应的温度为90℃～210℃，所述反应时间为12h～72 h。

5.根据权利要求3或4所述的石墨烯-金属有机框架复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述氧化石墨烯的制备过程为：

a. 在冰水浴条件下，将混合酸加入石墨和强氧化剂的混合物中，加入过程中持续搅拌，得到混合物A；

b. 将混合物A进行油浴反应，冷却后得到混合物B；

c. 将混合物B加入到含双氧水的冰中，低速离心取上清液；将上清液高速离心取沉淀；

d. 将沉淀溶于水，超声，透析纯化，直至析出液为中性且检测不出SO₄^2-离子，得到氧化石墨烯水溶液，冷冻干燥得氧化石墨烯。

6.根据权利要求3或4所述的石墨烯-金属有机框架复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，所述金属有机框架材料前驱体溶液的制备过程为：

将金属盐和多羧酸类有机配体溶解于二甲亚砜中，得到金属有机框架材料前驱体溶液。

7.根据权利要求6所述的石墨烯-金属有机框架复合材料的制备方法，其特征在于，所述金属盐包括金属氯化物或金属硝酸盐，所述金属氯化物包括Cu²⁺、Ni²⁺、Co²⁺、Zn²⁺或Mg²⁺的氯化物，所述金属硝酸盐包括Cu²⁺、Ni²⁺、Co²⁺、Zn²⁺或Mg²⁺的硝酸盐；所述多羧酸类有机配体包括1,3,5-苯三甲酸、1,2,4-苯三甲酸、1,2,4,5-苯四甲酸、吡啶-2,4,6-三羧酸和吡啶-2,3,5,6-四羧酸中的一种或多种；所述金属盐与多羧酸类有机配体的摩尔比为2∶1～3；所述金属盐与二甲亚砜的比值为0.05～10mmol∶1g。