[发明专利]一种金@金属有机框架材料纳米颗粒阵列及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及纳米复合材料技术领域，尤其涉及一种金@金属有机框架材料纳米颗粒阵列及其制备方法和应用。

背景技术

金属有机框架(Metal-Organic Frameworks，简称MOFs)材料是由金属离子和多功能的有机配体通过配位键自组装形成的多孔晶体材料。它具有无机材料和有机材料两方面的特点，例如：它具有孔隙率高、比表面积超大、拓扑结构丰富、结构可调节性强等优点，因此它在气体储存、气体分离、非均相催化、发光、离子交换、药物输运等方面具有良好的应用前景。长久以来，人们一直致力于设计合成新的金属有机框架材料以及拓展更多的应用，但是单一的金属有机框架材料逐渐暴露出一些缺点(例如：化学稳定性较差等)，这些缺点在一定程度上限制了金属有机框架材料的发展，同时构筑新颖结构的金属有机框架材料也变得越来越困难。

为了解决上述问题，并使金属有机框架材料的优势得到更好地发挥，研发人员开发出了由金属有机框架材料与一些功能材料(例如：聚合物，金属纳米颗粒，量子点，碳纳米管等)复合的复合材料，这使得金属有机框架材料的应用范围得到了很大扩展。金纳米颗粒具有独特的物理性能和化学性能，为了发挥金纳米颗粒与金属有机框架材料两者的优势，研发人员研发出一种核壳结构的金@金属有机框架材料(即Au@MOF)，它是以单独的金纳米颗粒为核、以MOF-5(MOF-5是金属有机框架材料中的一种，是以Zn²⁺和对苯二甲酸(H₂BDC)分别为中心金属离子和有机配体，它们之间通过八面体形式连接而成的具有微孔结构的三维立体骨架)为壳的复合材料(即Au@MOF-5)，但MOF-5的稳定性较差，对湿度和温度极其敏感，因此Au@MOF-5容易发生颗粒团聚，从而导致金纳米颗粒和金属有机框架材料复合后的整体性能大幅下降。

发明内容

为了解决现有技术中Au@MOF稳定性差，容易发生颗粒团聚，从而导致金纳米颗粒和金属有机框架材料复合后的整体性能大幅下降等问题，本发明提供了一种金@金属有机框架材料纳米颗粒阵列Au@MIL-100(Fe)及其制备方法和应用，不仅能够将金属有机框架材料和金纳米颗粒阵列的特性有效发挥，而且稳定性好，不会发生颗粒团聚。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种金@金属有机框架材料纳米颗粒阵列，它是由多个纳米单元按照六方非密排结构排列成的有序阵列，并且相邻两个纳米单元之间的间距为350～1000nm；其中，每个纳米单元都是以金纳米颗粒为核、以金属有机框架材料MIL-100(Fe)为壳的核壳结构。

优选地，所述核壳结构中的壳的厚度为10～100nm。

优选地，所述核壳结构中的核为直径在50～300nm之间的球体。

优选地，该金@金属有机框架材料纳米颗粒阵列的表面通过脱水缩合修饰有3-氨基苯硼酸硫酸盐。

一种金@金属有机框架材料纳米颗粒阵列的制备方法，包括：

步骤A、制备单层胶体晶体阵列，并以该单层胶体晶体阵列为模板，采用物理沉积方法在所述模板的表面沉积一层厚度为35～50nm的金膜；

步骤B、对上述沉积有金膜的模板进行热处理，以去除单层胶体晶体阵列，从而制得二维金纳米颗粒阵列；

步骤C、将步骤B制得的二维金纳米颗粒阵列置于浓度为1～20mM的聚乙烯吡咯烷酮水溶液中浸泡12～48小时，再进行烘干；

步骤D、将步骤C烘干后的二维金纳米颗粒阵列浸泡到含有金属有机框架材料MIL-100(Fe)的前驱体的N,N-二甲基甲酰胺溶液中，并置于100～200℃下保温0.5～10小时，然后取出二维金纳米颗粒阵列，用N,N-二甲基甲酰胺溶液反复冲洗至少2次，再进行真空干燥处理，从而制得上述技术方案中所述的金@金属有机框架材料纳米颗粒阵列。

优选地，所述含有金属有机框架材料MIL-100(Fe)的前驱体的N,N-二甲基甲酰胺溶液中，氯化铁的浓度为0.05～10mM，1,3,5-苯三甲酸的浓度为0.02～50mM。

优选地，在步骤D中，所述的真空干燥处理包括：将经过N,N-二甲基甲酰胺溶液反复冲洗后的二维金纳米颗粒阵列放入真空干燥箱中，并以50～100℃干燥12～48小时。