[发明专利]四氧化三钴@HKUST-1型核壳结构复合材料及制备方法

说明书

本发明提供一种四氧化三钴@HKUST‑1型核壳结构复合材料及制备方法。首先利用沉淀法等制备Co₃O₄颗粒，再将Co₃O₄颗粒分散于甲醇中，加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌后分离，产物再次分散到含可溶性铜盐的水和乙醇和DMF的溶剂中，溶液再加入含均苯三甲酸的溶液，分离后得到蓝黑色的粉末状产品。所述制备方法具有制备方法简便，组分多元化，晶粒大小可控，组分比例可控等特点，有别于其他核壳结构MOFs制备方法。

技术领域

本发明涉及有机化学-无机化学交叉材料技术领域，具体涉及一种Co₃O₄@HKUST-1型核壳结构金属-有机框架复合材料及其制备方法。

背景技术

金属-有机框架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)是近十年来发展迅速的一种配位聚合物，具有三维的孔结构，一般以金属离子为连接点，有机配位体支撑构成空间3D延伸，是沸石、分子筛和碳纳米管之外的又一类重要的新型多孔材料，在催化、储能和分离中都有广泛应用。目前，MOF已成为无机化学、有机化学等多个化学分支的重要研究方向。自从1990年末以来，随着第一例MOF的发现，全世界的科研工作者对MOFs的研究呈现着爆炸式增长，到目前为止，已有超过20000例新结构被报道。虽然现在很多工作的着眼点仍是新型MOFs结构的发现与构筑，基于金属、配体及其它材料的选择从而实现结构及功能的可调变性，MOF基复合材料的构筑与应用得到了广泛的关注。并且，这些复合材料的形状与尺寸的可调变性使得它们不同于其每一部分单一的材料，从而带来了更加新颖的特性，使它们可以广泛应用在气体吸附于分离、能量储存、光电、催化、药物输送等多个领域之中。

四氧化三钴作为一种典型的过渡金属氧化物，具有丰富的光、电、磁特性，在电池材料、磁器件、电致变色等领域都具有重要的应用价值。根据以上所述，将四氧化三钴置于中心，Cu基MOF置于外侧，两相之间隔开，就可以一定程度上防止各自的富集，并且其仍能作为一个整体参与反应而不易相互分离，这便是Co₃O₄@HKUST-1型核壳结构的设计理念。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种四氧化三钴@HKUST-1型核壳结构金属-有机框架复合材料及制备方法，所述制备方法具有制备方法简便，组分多元化，晶粒大小可控，组分比例可控等特点，有别于其他核壳结构MOFs制备方法。。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种四氧化三钴@HKUST-1型核壳结构金属-有机框架复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)利用沉淀法等制备的Co₃O₄颗粒和聚乙烯吡咯烷酮分散于甲醇中，搅拌后分离，清洗，得到产物；

2)将所述产物再次分散到含可溶性铜盐的水和乙醇和DMF的溶剂中，溶液再加入含均苯三甲酸的溶液，静置后，产物分离、清洗、烘干，得到蓝黑色的粉末状产品，以获得四氧化三钴@HKUST-1型核壳结构金属-有机框架复合材料。

优选地，步骤1)中，还包括如下步骤中的一项或多项：

a)所述Co₃O₄颗粒可以通过直接购买、沉淀法、煅烧法等中一种或多种方法获得；

b)所述Co₃O₄颗粒：聚乙烯吡咯烷酮：甲醇的质量比为1：1～10：100～10000；

c)所述搅拌为磁力搅拌；

d)搅拌温度为5～95℃；

e)搅拌时间为5h～24h；

f)所述分离为离心分离；

g)用水、甲醇或乙醇进行清洗。