[发明专利]一种二维金属有机框架材料的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及MOF材料制备，属于材料化学领域。一种二维金属有机框架材料的方法，首先制备In电子云暴露的二维模板材料，以In为核心，通过配位反应制备前驱体，以In电子云暴露的二维模板材料为模板，二维模板材料中暴露的In电子云为固定点，固定前驱体中的In离子，进而将前驱体固定在二维模板材料中，使固定后的前驱体分子间发生反应，制备夹心结构的铟基复合纳米材料。实现了原位生长其它铟基MOF材料，卟啉二维纳米片不仅为其它MOF生长提供模板，而且有效限制了纳米颗粒的尺寸，以达到彼此协调，产生协同效应和结构稳定性，粗糙的表面可以提供更多的反应界面，暴露更多的反应活性位点，促进电解液渗透，加快电化学反应的同时并限制体积变化，使电化学催化性能提高。

技术领域

本发明涉MOF材料，尤其涉及一种二维金属有机框架材料的制备方法及其应用。

背景技术

电催化CO2还原反应(CO2RR)将CO2还原为有价值的化学品和燃料已被认为是缓解因过量二氧化碳排放引起的气候变化的有效策略。但用于二氧化碳电催化还原的电极催化材料种类少，催化效率不高。

金属-有机骨架材料(Metal-OrganicFrameworks)是指过渡金属离子与有机配体通过自组装形成的具有周期性网络结构的晶体多孔材料。它具有高孔隙率、低密度、大比表面积、孔道规则、孔径可调以及拓扑结构多样性和可裁剪性等优点。

但MOF材料自组织材料在电催化领域中的应用中遇到了新的挑战。MOF材料为三维骨架结构，难以产生二维平面材料，这严重限制了MOF材料的应用。尤其是受限于MOF材料三维骨架结构和电催化电极二维最优催化面的冲突性，使得MOF材料在电催化中的效率低下，难以发挥MOF材料多催化活性中心点的优势。特别是铟基MOF电催化剂在负电位下通常具有较低的法拉第效率(FE)和较差的耐久性，这严重阻碍了类似铟基MOF材料的实际应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种二维金属有机框架材料的制备方法及其应用，解决In基MOF材料二维结构合作制备的难题，同时解决电催化二氧化碳还原中，In基MOF材料电催化剂在负电位下通常具有较低的法拉第效率(FE)和较差的耐久性的问题。

技术方案

一种二维金属有机框架材料的制备方法，步骤包括：

步骤I.制备In电子云暴露的二维模板材料；

步骤II.以In为核心，通过配位反应制备前驱体；

步骤III.以In电子云暴露的二维模板材料为模板，二维模板材料中暴露的In电子云为固定点，固定前驱体中的In离子，进而将前驱体固定在二维模板材料中；

步骤IV.使固定后的前驱体分子间发生反应，制备二维MOF材料。

进一步，步骤I包括：

I-I.In离子与卟啉分子络合，In离子通过配位进入卟啉分子中心空腔，获得In-卟啉络合的二维分子，暴露出In轴向上的电子云；

I-II.在非离子型表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮的辅助作用下，升温使In-卟啉络合的二维分子在溶液中达到热力学运动平衡态，随后降低二维分子运动动能，依靠卟啉分子内部大π电子云取向，使得In-卟啉络合的二维分子定向排列，即为二维模板材料。

进一步，所述卟啉分子优选为羧基卟啉；

进一步，步骤I-I包括，将硝酸铟溶于N,N-二甲基甲酰胺得到溶液A；将卟啉溶于有机溶剂得到溶液B；然后将溶液A与溶液B混合，加入一定量的非离子型表面活性剂，再加入引发剂，反应获得In配位的卟啉分子；

进一步，步骤I-II包括：将步骤I-I产物置于75～100℃条件下，降温，使得In-卟啉络合的二维分子定向排列，获得二维模板材料。