[发明专利]一种通过表面疏水修饰增强金属有机骨架材料水稳定性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过表面疏水修饰以增强金属有机骨架材料水温度性的方法，属于多孔材料技术领域。

背景技术

金属有机骨架(以下简称“MOFs”)是一种由金属离子和有机配体配位形成的具有网络结构的晶体材料。由于该多孔材料在气体储存、分子选择性分离及催化等方面具有潜在的应用，已引起广泛的关注。然而，该材料因较差的水稳定性而成为限制其实际应用的主要瓶颈。

现有技术公开了多种用于尝试增强MOFs稳定性的方法，其中最重要的手段就是将MOFs材料表面进行疏水修饰。如美国《美国化学会志》(Journal of the American Chemical Society,2010年132期4560页)报道了一种后修饰的方法，在MOFs骨架中的有机配体上接上了疏水的烷基链，使得这些衍生的MOFs具有了很好的疏水性。然而这些烷基链会堵塞MOFs的孔道，而导致了比表面积的急剧降低。2012年，在美国《美国化学会志》(Journal of the American Chemical Society,2010年132期4560页)又报道一种等离子增强的化学气相沉积的方法在一种MOF材料(HKUST-1)的表面修饰上了全氟乙烯，使其在有水的环境中具有很好的稳定性，但是这种方法设备复杂，且修饰后导致MOF材料的比表面积降低。同年，德国《先进材料》(Advanced Materials,2012年24期4010页)公开了一种使用高温碳化的方法使一种对湿度非常敏感的MOF材料(MOF-5)的表面形成一层碳的保护层，并且碳层越厚，材料的水稳定性越好，然而比表面积也越低，且难以精确控制。

因此，寻找一种在增强MOFs稳定性的同时，不会导致其比表面积降低的通用简单的方法亟待解决。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种通过表面疏水修饰增强金属有机骨架材料水稳定性的方法，以期望经修饰后的金属有机骨架材料的水稳定性可以增强，同时尽可能保持修饰前的比表面积。

本发明解决技术问题，采用如下技术方案：

本发明通过表面疏水修饰增强金属有机骨架材料水稳定性的方法，其特点在于：将金属有机骨架材料粉末与固化聚二甲氧基硅氧烷彼此不接触的放置于同一个容器中并密封，然后将密封后容器在烘箱中以200～250℃加热0.5-12h(最优条件为235℃加热的时间为6h)，使得固化聚二甲氧基硅氧烷的热解产物覆盖所述金属有机骨架材料粉末，自然冷却至室温，完成所述金属有机骨架材料的表面疏水修饰。

本发明的方法，其特点也在于：所述金属有机骨架材料粉末与所述固化聚二甲氧基硅氧烷的质量比为0.05～0.2:1。最优比为0.1:1，固化聚二甲氧基硅氧烷过少，不能完全地实现金属有机骨架材料粉末的表面疏水修饰，过多造成原料的浪费，增加成本。

操作时，将所述金属有机骨架材料粉末均匀分散在培养皿中，然后放入所述容器；所述固化聚二甲氧基硅氧烷放置于同一容器中，且分布在所述培养皿的周围。

本发明所用固化聚二甲氧基硅氧烷(PDMS)优选厚度不大于2mm的薄片状。固化聚二甲氧基硅氧烷成薄片状是为了尽可能增加固化聚二甲氧基硅氧烷的表面积，使得加热过程中，热解出更多的产物。

优选的，本发明将金属有机骨架材料粉末与固化聚二甲氧基硅氧烷彼此不接触的放置于同一个容器后，首先抽真空，再通氮气至容器内气压等于标准大气压，然后再密封。也可在手套箱中操作，以避免容器中湿度过高，影响实验结果。

固化聚二甲氧基硅氧烷是由PDMS单体和配套固化剂按质量比10:1均匀混合，在180℃加热2小时，然后冷却至室温后获得。

金属有机骨架材料粉末与固化聚二甲氧基硅氧烷彼此不接触是为避免金属有机骨架粉末会粘在固化聚二甲氧基硅氧烷上，影响固化聚二甲氧基硅氧烷的热解。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

本发明提供了一种简单、普适和有效的通过表面疏水修饰增强金属有机骨架材料水稳定性的新方法，即将商业购得或者自合成的MOFs材料，直接与固化PDMS一起密闭加热，持续一段时间后冷却，将得到PDMS低分子量热解产物覆盖的MOFs材料；本发明经表面疏水修饰的金属有机骨架材料具有极好的疏水性和水稳定性，且完美的继承了原来材料的晶体结构和多孔性等特征，经过了在一定的湿度条件下甚至在浸泡在水中的处理，仍然很好地维持原来的形貌、结构和比表面积，从而更加有利于其应用于在湿度和有水存在的环境中。

附图说明