[发明专利]一种多级孔ZIF-67材料及其合成方法

说明书

本发明公开了一种多级孔ZIF‑67材料及其合成方法。该合成方法包括如下步骤：(1)将2‑甲基咪唑溶于水中，加入N,N‑二甲基乙二胺，继续搅拌；(2)将Co(NO₃)₂·6H₂O溶于水中，再加入步骤(1)所得溶液中，搅拌；(3)将所得产物抽滤，干燥，得到多级孔ZIF‑67材料。本发明通过使用水作为溶剂，并加入N,N‑二甲基乙二胺作为模板剂，不仅操作简便、绿色环保，同时大大缩短了合成时间。使用该方法可以成功地使用水作为溶剂，并将合成时间降低至1min。产物具有丰富的孔道结构，同时具有微孔、介孔、大孔三种孔道，不仅有高的比表面积，结构稳定，在大分子吸附和催化方面也有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于多级孔金属有机骨架的制备领域，具体涉及一种多级孔ZIF-67材料及其合成方法。

背景技术

金属有机骨架(MOFs)是一种由桥连的有机配体与无机金属中心(金属离子或金属簇)组装而成的具有单一尺寸及形状的周期网络结构的配位聚合物。近年来，MOFs材料备受关注，因为其具有高比表面积、较大的孔体积和高孔隙率，在气体储存、吸附分离、催化、药物传递和生物传感等方面具有良好的应用前景。

沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIFs)是一种新型的MOFs材料，具有MOFs的优点；而且与传统的沸石分子筛有相似的拓扑结构，这使得其比起MOFs有更好的热稳定性和化学稳定性。但是现在大多数ZIFs材料仅具有微孔结构，这种结构阻碍了大分子的扩散，也就限制了ZIFs材料在大分子参与领域的应用。因此，有必要改进ZIFs材料的孔结构以满足催化、吸附等应用的要求。现可通过在ZIFs材料中引入介孔和大孔，合成多级孔ZIFs。这种多级孔ZIFs具有大于2nm的孔径，有利于分子扩散，同时较小微孔的高比表面积和孔隙率，能有效克服传质阻力，具有重要的理论研究意义和实际应用价值。

多级孔ZIFs的一种合成方法是模板法，常用表面活性剂作为模板剂，去除表面活性剂后，微孔形成介孔和大孔的孔壁，可以通过改变表面活性剂的种类、浓度来调节介孔和大孔的尺寸和结构。ZIF-67是一种具有优异性能的ZIF材料，通过2-甲基咪唑阴离子和钴阳离子桥连形成，在气体分离等方面具有诱人的发展前景。2016年，Sun等人[Sun WZ,ZhaiXS,Zhao L.Synthesis of ZIF-8and ZIF-67nanocrystals with well-controllablesize distribution through reverse microemulsions.Chemical Engineering Journal289(2016)59-64]将十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、1-己醇和正庚烷混合制得微乳液，在该微乳液体系中，常温反应1h制得多孔材料ZIF-67。该方法制备的ZIF-67材料具有多孔、高比表面积、高热稳定性等优点，但制备流程相对复杂，且所需时间较长。2019年，本团队[华南理工大学.一种使用阳离子表面活性剂在常温快速合成多级孔ZIF-67材料的方法:中国,CN201811087507.X[P].2019-02-22.]尝试采用四丁基氢氧化铵作为模板剂在甲醇中快速(8分钟)合成出多级孔ZIF-67材料。该方法简便高效，但使用的有机溶剂价格相对较高、其毒性或可燃性可能对环境造成危害，不利于ZIF-67的大规模工业化应用。因此，寻找一种以水为溶剂，通过调节表面活性剂浓度等参数以快速高效地合成多级孔ZIF-6的策略，具有非常重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种常温下水相快速合成多级孔ZIF-67材料的方法，旨在绿色快速简便地合成同时具有微孔、介孔、大孔三种孔道结构的多级孔ZIF-67材料。

本发明的另一个目的在于提供通过以上方法制备的多级孔ZIF-67材料，该材料的介孔主要集中在30-50nm，在大分子吸附和催化方面也有较好的应用前景。

本发明的目的通过下述技术方案实现。

一种多级孔ZIF-67材料的合成方法，包括如下步骤：