[发明专利]一种笼型聚倍半硅氧烷/金属-2-氨基对苯二甲酸有机框架杂化材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种笼型聚倍半硅氧烷/金属‑2‑氨基对苯二甲酸有机框架杂化材料及其制备方法。本发明MOFs经乙烯基功能单体修饰后，与笼型聚倍半硅氧烷发生聚合反应制备POSS/MOFs杂化材料。本发明方法制备操作简单，反应条件较温和，产物收率高，易分离和提纯。所得杂化材料具有多种孔结构，可解决MOFs材料加工困难和不易器件化的问题；使所得杂化材料利于加工和器件化，并可应用于气体吸附与分离、离子及染料吸附、载体等领域；应用于染料吸附领域，具有较好的吸附效果并且可重复利用。

技术领域

本发明涉及一种笼型聚倍半硅氧烷/金属-2-氨基对苯二甲酸有机框架杂化材料及其制备方法，属于新材料技术领域。

背景技术

笼型聚倍半硅氧烷(POSS)是一类具有纳米尺寸的无机–有机杂化分子，其通式为(RSiO_1.5)_n，n＝6、8、10或12等，R为烷基、烯基、氨基等有机基团。笼型聚倍半硅氧烷分子具有刚性笼形对称结构，Si–O–Si骨架结构赋予笼型聚倍半硅氧烷分子良好的热稳定性、高介电性和阻燃性等性能。笼型聚倍半硅氧烷分子结构中的顶点可功能化，通过反应性的R基团与其它单体或聚合物发生共聚、接枝或交联反应，从而可设计和制备新型材料，通过向分子结构或复合材料中引入笼型聚倍半硅氧烷，可以提高材料的使用温度、力学性能、加工性能，并使材料具有显著的延迟燃烧特性，获得具有不同性能的改性聚合物。

金属–有机骨架材料是一类由金属离子或离子簇与有机配体通过配位自组装而成的无机–有机杂化材料，具有特定的拓扑结构和孔隙结构。金属–有机骨架材料由于结构多样性、孔隙率高、孔道可调控的优点而在气体吸附及分离、异相催化、药物传输、生物传感等领域具有良好的应用前景。然而，该类材料是晶体型粉末或颗粒，加工困难，不易器件化；为解决这一难题，可将金属–有机骨架材料与其它材料结合来改善材料的加工性能和使用性能，如金属–有机骨架与氧化石墨烯、介孔硅材料杂化，或将金属–有机骨架分散在聚合物、气凝胶材料中来改善材料的加工性能和使用性能。但在上述材料制备中，金属–有机骨架材料都是以物理共混方式存在于材料中，不能在分子水平上达到很好的分散，虽能一定程度提高金属–有机骨架材料的加工和使用性能，但所得到材料的加工和使用性能依然欠佳；并且，金属–有机骨架材料以物理共混方式存在于材料中，容易相分离，也不利于材料多孔结构的维持和提高，从而也会影响其后续的应用效果。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种笼型聚倍半硅氧烷/金属-2-氨基对苯二甲酸有机框架杂化材料。本发明将笼型聚倍半硅氧烷和金属-2-有机骨架材料两种刚性的孔隙材料以化学共价键的方式结合，笼型聚倍半硅氧烷起到在分子水平上分散和支撑金属–有机骨架材料的作用，同时能构筑新的孔隙结构；本发明所得杂化材料是交联网状结构，具有多种孔结构，可通过改变笼型聚倍半硅氧烷与金属–有机骨架材料的质量比对杂化材料组成和孔隙结构进行调控，可解决金属–有机骨架材料材料加工困难和不易器件化的问题；使所得杂化材料利于加工和器件化，并可应用于气体吸附与分离、离子及染料吸附、载体等领域；应用于染料吸附领域，具有较好的吸附效果并且可重复利用。

本发明还提供笼型聚倍半硅氧烷/金属-2-氨基对苯二甲酸有机框架杂化材料的制备方法。本发明方法制备操作简单，反应条件较温和，产物收率高，易分离和提纯。

术语说明：

金属-2-氨基对苯二甲酸有机框架(MOFs)，结构式简写为：金属有机框架–NH₂；金属-2-氨基对苯二甲酸有机框架中包括多个NH₂，结构式“金属有机框架–NH₂”只代表金属有机框架中含有NH₂，而不表示含有NH₂的数目。

本发明的技术方案如下：