[发明专利]一种镍钴金属有机骨架材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料的制备技术领域。

背景技术

能源，特别是煤和石油作为不可再生能源的代表形式，与我们的日常生活息息相关。过去几十年来，大量的污染、能源的高消耗和工业发展中大量的废物已引起全球对能源危机的关注。在后工业社会中，这场危机已经影响到了电力工业的发展，引起了材料化学研究的急剧增加。近年来，新兴的、快捷的储能材料的研究和开发取得了不断的进展。

金属有机骨架材料（MOF），一种新型的由金属离子和团簇有机物组成的多孔配体材料，现已被广泛研究。各种表征方法表明优良的骨骼框架和良好的孔隙结构使MOF材料适用于超级电容器，传感器，吸附，药物传输等方面。相比与其他配体材料，由于具有大表面积，高孔隙率，低密度，可控结构，可调孔径，MOFs材料被认为是未来纳米领域中最有前景的材料之一。MOFs材料前驱体的孔隙的大小可以通过改变有机配位体被调谐，最大孔径为9.8纳米。

纳米带由于其大的比表面积，使其对表面吸附特别敏感，外界环境如温度，浓度等因素的改变会迅速引起电子输运的变化。利用其电阻变化显著可将其用于超级电容器中，能够弥补MOF结构导电性差的缺陷。

发明内容

基于以上现有技术及市场的需要，本发明提供一系列镍钴金属有机骨架材料的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1）将戊二酸(C₅H₈O₄)和氢氧化钾(KOH)溶于有机溶液反应后，得到混合溶液A。该步骤中，戊二酸作为配体酸和碱进行的是中和反应。

本发明采用戊二酸(C₅H₈O₄)为有机配体，戊二酸为常见有机配体，价廉且易得，因此优先采用。

本发明采用氢氧化钾(KOH)为本发明的可溶性碱，在常见的可溶性碱中，氢氧化钾稳定易得且价格便宜，因此在本发明中优先考虑采用氢氧化钾。

2）将钴盐和镍盐溶于水和乙醇溶液中，形成溶液B。

3）将上述溶液A和溶液B混合后进行水热反应。

4）水热反应结束后，用水和乙醇洗涤，取固相干燥，即得钴-镍有机金属骨架材料。

3）将上述溶液A和溶液B混合后进行水热反应；

4）水热反应结束后，采用水和乙醇洗涤，取固相干燥，即得镍钴金属有机骨架材料。

本发明利用无毒的原料合成一系列的高质量的镍钴金属有机骨架材料，设计合理，条件温和，操作简便，成本低廉，重复性高，适合大规模生产应用。

进一步地，本发明水热反应在150～200℃的条件下进行，在150～200℃的高温条件能增加分子的运动速度，无论是在热力学还是动力学上都加快了反应速度，使反应进行的更加快速和彻底，并且能确保形成的配合物形貌最佳。

本发明还优选Co(NO₃)₂•6H₂O作为钴盐、采用Ni(CH₃COO)₂•4H₂O为镍盐，在实际实验中，由于硝酸根和乙酸根易脱去，更易得到所需的产物，因此优先采用这几种镍酸盐。

本发明钴盐和镍盐混合时，镍和钴的摩尔比为5～20∶1。本发明通过采用不同比例的镍盐与钴盐进行反应，最终所制得的材料中的各金属盐的比例不同，可以制备出材料不同的金属合金颗粒。

所述有机溶液为由体积比为1∶1的乙醇和水组成的溶液。

附图说明

图1为本发明之实施例1所制的Ni-MOF金属有机骨架材料的X射线光电子能谱图。

图2为本发明之实施例1所制的Ni-MOF金属有机骨架材料的扫描电镜图。

图3为本发明之实施例2所制的镍钴摩尔比为20∶1时金属有机骨架材料的X射线光电子能谱图。

图4为本发明之实施例2所制的镍钴摩尔比为20∶1时金属有机骨架材料的扫描电镜图。

图5为本发明之实施例3所制的镍钴摩尔比为10∶1时金属有机骨架材料的X射线光电子能谱图。

图6为本发明之实施例3所制的镍钴摩尔比为10∶1时金属有机骨架材料的扫描电镜图。

图7为本发明之实施例4所制的镍钴摩尔比为5∶1时金属有机骨架材料的X射线光电子能谱图。

图8为本发明之实施例4所制的镍钴摩尔比为5∶1时金属有机骨架材料的扫描电镜图。

图9为本发明之实施例5所制的Co-MOF金属有机骨架材料的X射线光电子能谱图。