[发明专利]一种纳米金属有机框架增韧的高强度荧光水凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米金属有机框架增韧的高强度荧光水凝胶制备方法，步骤为合成2‑乙烯基‑咪唑单体；采用2‑乙烯基‑咪唑单体制备包覆有有机荧光分子纳米颗粒；采用V‑ZIF‑8纳米颗粒制备有机荧光分子@V‑ZIF‑8纳米颗粒；制备基于OFM@V‑ZIF‑8纳米颗粒的高强度荧光水凝胶。本发明采用具有类沸石结构的ZIF‑8结构，通过设计配体得到V‑ZIF‑8纳米颗粒，可以封装有机荧光分子，还可以引入双键，起到交联剂作用，进一步合成得到OFM@V‑ZIF‑8纳米颗粒，最后制备得到的荧光水凝胶不仅具有UV光刺激响应性，还具有更强的机械性能，减少了对交联剂的消耗，在各领域展现了更大的应用潜力。

技术领域

本发明涉及高分子材料化学领域，具体的说涉及一种纳米金属有机框架增韧的高强度荧光水凝胶及其制备方法。

背景技术

水凝胶是一类含有亲水基团能在水中溶胀而不溶解的具有由物理或化学交联形成的三维网络结构的高分子聚合物，是一种特殊的软湿性材料。同时，荧光材料由于其具有良好的耐酸碱性、安全性及特定的波长刺激响应性，已广泛应用于各领域。荧光水凝胶既结合了水凝胶的优点又具有特定的荧光响应特性，在生物医药、生物传感以及组织工程等方面具有巨大的应用潜力，成为了近来研究热点。

中国专利CN111440332A公开了一种荧光水凝胶复合材料的制备方法，此新型复合材料既解决了碳点分散性差的问题，同时也能使复合后的水凝胶保留碳点优良的荧光特性，制备得到分散均匀、具有强荧光响应的水凝胶。但目前荧光水凝胶的研究相对较少、制备过程复杂，且大部分荧光水凝胶机械性能弱，严重限制了其在各领域的应用。

针对以上问题，现有技术主要是通过调节原材料配比、构建多重网络的方式改善荧光水凝胶的力学性能。例如，中国专利CN107099004A通过将不同的聚合材料和交联剂按1:1或任意比的比例两两随机混合的方式，构建凝胶三重网络，制备得到了一种高强度荧光水凝胶。尽管这种方法在一定程度上改善了荧光水凝胶的力学性能，但对交联剂的消耗大、制备过程繁琐、实验过程可控性不强，不适合广泛使用。

因此，提供一种力学性能显著提升且能减少对交联剂消耗的纳米金属有机框架增韧的高强度荧光水凝胶是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了选取了具有类沸石结构的金属有机框架，通过配体的设计，合成得到纳米金属有机框架增韧的高强度荧光水凝胶。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种纳米金属有机框架增韧的高强度荧光水凝胶制备方法，包括以下步骤：

(1)合成2-乙烯基-咪唑单体；

(2)采用2-乙烯基-咪唑单体制备包覆有有机荧光分子(OFM)的V-ZIF-8(OFM@V-ZIF-8)纳米颗粒；

(3)制备基于OFM@V-ZIF-8纳米颗粒的高强度荧光水凝胶。

进一步，步骤(1)合成2-乙烯基-咪唑单体的具体操作方法为：

1)将甲基三苯基碘化磷和叔丁醇钾在室温下溶解于无水四氢呋喃溶剂中，并充入氮气500-800rpm搅拌30min；

2)将2-咪唑甲醛加入至步骤1)的溶液中，在室温下继续以500-800rpm搅拌反应24-36h；

3)向步骤2)的溶液中加入过量氯化铵猝灭反应，得到反应混合物；

4)将反应混合物用乙酸乙酯萃取，收集有机相，再用饱和食盐水洗涤3-5次，然后用无水硫酸镁干燥有机相，在30-50℃下以20-40rpm的转速旋转蒸干有机溶剂，得到粗产物；

5)将粗产物用硅胶柱提纯，收集产物并在30-50℃、20-40rpm的条件下旋转蒸干后得到2-乙烯基-咪唑单体。