[发明专利]一种微乳液法可控合成的MOFs材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种微乳液法可控合成的MOFs材料及其制备方法，步骤如下：制备3个季铵盐离子液体[C₂DMEA][Im]、[C₄DMEA][Im]和[C₆DMEA][Im]；分别向3个瓶中加入[C₂DMEA][Im]、DMSO、乙酸乙酯，[C₄DMEA][Im]、DMSO、乙酸乙酯以及[C₆DMEA][Im]、DMSO、乙酸乙酯，搅拌均匀得到3个微乳液体系；将有机配体与金属盐分别加入上述得到的3个微乳液体系中，搅拌待沉淀析出后，离心分离出沉淀，将沉淀洗涤后即可得到3种形貌不同的MOFs材料。该方法通过调节离子液体烷基链的长度、反应底物的浓度及种类，以达到对MOFs材料结构和形貌精准调控的目的。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种微乳液法可控合成的MOFs材料及其制备方法。

背景技术

微乳液是由水、油、表面活性剂或助表面活性剂等组成的光学各向同性、透明的和热动力学稳定的体系。由于其独特的微观结构和优良的物理化学性能，微乳液已被广泛应用于食品技术、药物输送、环境科学等领域。尤其是，微乳液在纳米粒子合成方面具有许多优点，如对粒子大小的良好控制、窄的粒径分布和温和的反应条件，因此常被用作模板来制备高质量的纳米材料，如无机纳米粒子和有机聚合物纳米粒子。然而，表面活性剂微乳液法也有缺点以及限制因素，如表面活性剂的毒性及其在纳米粒子表面的吸附，以及由表面活性剂堵塞活性部位造成的纳米粒子表面利用率较低等。

近年来，无表面活性剂微乳液（Surfactant-free microemulsion, 简称SMFE）得到了广泛的应用，并引起了科学界的极大关注。SFMEs是由水、油和“两性溶剂”组成的，不含表面活性剂，其中“两性溶剂”与水和油完全或至少部分混溶。研究表明，SFMEs具有与表面活性剂微乳液相似的微观结构类型，即水包油（O/W）、双连续（BC）和油包水（W/O）结构。因此，SFMEs也可用于制备纳米材料。而且，SFMEs用作纳米粒子制备的模板，将具有表面活性剂微乳液体系的优势，即对粒径的良好控制、狭窄的粒径分布和温和的反应条件，同时克服其缺点，如由于使用了大量表面活性剂导致成本较高、纳米材料的表面吸附和环境污染等。

由于离子液体结构的可设计性，它可以代替传统微乳液中的一个或几个组分，形成离子液体基SFMEs。离子液体SFMEs因兼顾离子液体和微乳液的优点，从而具有较高的热稳定性。此外，液滴状的微结构具有较宽的温度范围和良好的溶解性，对难溶有机物起到了增溶作用。重要的是，其中纳米结构的微乳液滴将提供疏水或亲水的纳米结构域，从而扩大离子液体及微乳液作为反应、分离或萃取介质的应用范围。因此，利用离子液体基SFMEs作为模板将有利于实现纳米粒子的可控制备。

MOFs是由过渡金属离子和有机配体通过配位键作用自组装连接而成的、高度有序且具有无限拓展网状结构的低密度晶体材料，是一种新兴的多孔材料，在气体吸附、催化、发光材料等领域有着广阔的应用前景。然而，由于工作环境和条件的差异，对MOFs结构和形貌的调控显得尤为重要，如何有效精准的调控其孔径结构和形貌以实现利益最大化仍是一个难题。

目前MOFs的制备方法有两种，一种是界面扩散法，另一种是水热/溶剂合成法。

界面扩散法主要包括两种方式：液相扩散和气相扩散法。液相扩散法通常是通过中间的空白溶剂减缓金属离子和配体的接触反应速度，避免沉淀的产生，使晶体缓慢生长。液相扩散法制得的 MOFs 晶体都比较纯，质量较高。气相扩散法一般是利用两种完全互溶且沸点相差较大的有机溶剂，在密闭的容器中，使低沸点溶剂挥发进入高沸点溶剂中析出MOFs单晶。它们的缺点是要求反应物常温下在液相中的溶解度较高，且反应耗时长。