[发明专利]一种植酸修饰的氮碳纳米框架及其超组装制备方法

说明书

本发明属于有机‑无机杂化材料技术领域，提供了一种植酸修饰的氮碳纳米框架及其超组装制备方法，首先合成锌沸石咪唑框架，然后对锌沸石咪唑框架进行高温碳化，得到氮碳纳米框架；再将氮碳纳米框架与植酸溶液混合，超声分散搅拌后倒入培养皿中；将培养皿置于烘箱中干燥反应；最后用水清洗干燥后的样品，放置于真空烘箱继续干燥，得到植酸修饰的氮碳纳米框架。氮碳纳米框架中的氮原子可以通过氢键和植酸分子的羟基键合，使得植酸分子可以在纳米框架表面组装修饰，同时由于植酸分子自带的磷酸根基团具有较多的负电荷，使得修饰后的纳米框架的表面的电负性更强。本发明制备方法简单、通用性强，成本低廉，有望在工业生产中得到应用。

技术领域

本发明属于有机-无机杂化材料技术领域，具体涉及一种植酸修饰的氮碳纳米框架及其超组装制备方法。

背景技术

金属有机框架，又称多孔配位聚合物，具有孔径从0到9.8nm的规整孔隙。良好的晶体结构、可调的孔拓扑结构、超高的比表面积和优良的可剪切性使得金属有机框架在气体吸附/分离催化、化学传感、储能和转换等方面取得了快速的发展。然而，由于金属节点与有机配体之间脆弱的配位键合，大多数的金属有机框架在稳定性上都不能让人满意，这也一定程度上限制了金属有机框架的实际应用。作为模板或前驱体，金属有机框架可以转化为更稳定、更导电的碳/金属基多孔材料，同时这些衍生的多孔材料还可以在很大程度上继承原始金属有机框架的特性，如大的比表面积、成分的多样性和分散性、可剪裁的孔隙率等。而含有C、H、O、N、S等有机配体的有机配体通常是催化体系中必不可少的元素，因此与母体金属有机框架具有相同元素组成的衍生物具有很大的催化潜力。此外，通过对金属有机框架及其衍生物进行表面修饰可以增强原始材料的某些特性，如导电性、电负性和离子选择性等，达到优化金属有机框架及其衍生物表面性质的目的。然而，开发更简单的修饰方法一直是一大挑战。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种操作简单、成本低廉、控制方便、易于重复的植酸修饰的氮碳纳米框架及其超组装制备方法。

本发明提供了一种植酸修饰的氮碳纳米框架的超组装制备方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤一，将六水合硝酸锌超声溶于甲醇中，得到锌甲醇溶液；步骤二，将二甲基咪唑超声溶于甲醇中，得到咪唑甲醇溶液；步骤三，将咪唑甲醇溶液快速倒入锌甲醇溶液中，搅拌后经过离心和干燥，得到锌沸石咪唑框架；步骤四，将锌沸石咪唑框架进行高温碳化，获得氮掺杂碳纳米框架；步骤五，将氮碳纳米框架浸润并分散在植酸溶液中，然后搅拌一定时间后得到混合液，将混合液转移到蒸发容器中；步骤六，将装有混合液的蒸发容器置于烘箱中干燥反应得到干燥的样品；步骤七，将干燥的样品用水清洗，然后将其放置于真空烘箱继续干燥，得到植酸修饰的氮碳纳米框架。

在本发明提供的植酸修饰的氮碳纳米框架的超组装制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，六水合硝酸锌和二甲基咪唑的摩尔比为1:4～1:5。

在本发明提供的植酸修饰的氮碳纳米框架的超组装制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤三中，将咪唑甲醇溶液快速倒入锌甲醇溶液中，在室温下搅拌。

在本发明提供的植酸修饰的氮碳纳米框架的超组装制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤四中，将锌沸石咪唑框架置于管式炉中并在氢氩混合气中，从室温升至900℃～1100℃，然后保温2～4小时，再自然降至室温。

在本发明提供的植酸修饰的氮碳纳米框架的超组装制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤四中，氢氩混合气体中氢气浓度为5％～10％，升温速率为2℃/min～5℃/min。

在本发明提供的植酸修饰的氮碳纳米框架的超组装制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤五中，将氮碳纳米框架浸润并分散在浓度为1％～4％的植酸溶液中，超声分散，然后搅拌一定时间后得到混合液，将混合液转移到培养皿中。

在本发明提供的植酸修饰的氮碳纳米框架的超组装制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，搅拌时间为1～2小时，搅拌温度为20℃～40℃。