[发明专利]一种Fe3

说明书

本发明提供了一种Fe₃O₄@ZIF‑8核壳式复合材料的高效制备方法，首先采用喷雾干燥法快速制备预结晶的ZIF‑8，然后将其浸泡在Fe₃O₄的溶液中，使预结晶的ZIF‑8进行结晶并包覆Fe₃O₄制得Fe₃O₄@ZIF‑8复合材料。本发明采用喷雾干燥法可显著提升ZIF‑8的结晶速率，并导致ZIF‑8结晶过程中部分金属离子和有机配体的缺失，进而在ZIF‑8表面产生缺陷，有效提升了其在催化反应中的活性；同时，ZIF‑8在结晶过程中可包覆磁性Fe₃O₄纳米粒子，在保证优异催化性能的基础上，可有效提升所得复合材料的循环性能和稳定性能，为Fe₃O₄@ZIF‑8复合材料的制备提供了一条新思路。

技术领域

本发明属于新型磁性-金属有机骨架(MMOFs)材料应用领域，具体涉及一种Fe₃O₄@ZIF-8 核壳式复合材料及其制备方法和催化应用。

背景技术

金属有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks，MOFs)是一类由金属离子或金属离子簇通过配位键与有机桥联配体结合形成的具有无限拓扑结构的网状聚合物，其中ZIFs是另一个系列的MOFs材料，即类沸石咪唑酯骨架材料，它利用Zn(Ⅱ)或者Co(Ⅱ)与咪唑配体反应，合成出来的类沸石结构的MOFs材料。与传统的多孔有机无机材料相比，在物理性质方面， ZIFs具有高比表面积、可调节孔径和良好的热稳定性；在化学性质方面，ZIFs具有均匀分布的催化活性位点，两方面的优越性能促使其在催化领域具有巨大的应用潜力。

Fe₃O₄@ZIF-8核壳式复合材料集成了磁性功能粒子Fe₃O₄易分离、易分散、可重复使用的优点以及ZIF-8高的催化活性，可同时保证该复合材料具有均相催化剂的高效性和非均相催化剂的可回收性。但是Fe₃O₄@ZIF-8核壳式复合催化剂也面临很多挑战：第一，Fe₃O₄@ZIF-8 的传统制备方法是使用表面活性剂对Fe₃O₄进行表面改性，然后将改性的Fe₃O₄反复浸泡在金属离子和有机配体溶液中，使ZIF-8晶粒附着在大尺寸的Fe₃O₄表面而成，但该方法繁琐耗时，成本较高，能源消耗大，不适合应用于工业生产；第二，表面活性剂对ZIF-8结构和形貌存在潜在的影响，进而影响其催化活性，同时ZIF-8与Fe₃O₄的结合度弱，容易产生附着在Fe₃O₄表面的ZIF-8晶粒的脱落问题，影响催化剂的循环使用性；第三，Fe₃O₄纳米粒子容易堵塞 ZIF-8孔道，降低其孔隙率和比表面积。

发明内容

本发明的目的是提供一种Fe₃O₄@ZIF-8核壳式复合材料的高效制备方法，采用喷雾干燥法加快ZIF-8的结晶速率，制备预结晶的ZIF-8；然后置于Fe₃O₄溶液中，使ZIF-8在结晶过程中包覆磁性Fe₃O₄纳米粒子，制得Fe₃O₄@ZIF-8核壳式复合材料；所得Fe₃O₄@ZIF-8核壳式复合材料具有优异的催化活性和循环稳定性，且涉及的制备方法简单，适合推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种Fe₃O₄@ZIF-8核壳式复合材料的制备方法，包括如下步骤：