[发明专利]一种电化学方法快速制备结构可控金属有机骨架化合物的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属有机框架材料合成领域，特别涉及一种电化学方法快速制备结构可控金属有机骨架化合物的方法。

背景技术

金属有机骨架化合物(metal-organic frameworks，MOFs)，也叫金属有机配位聚合物(metal-organic coordination polymers，MOCP)，是由金属离子与有机配体通过配位作用组装的一种无机-有机杂化功能材料。金属离子与含氮、氧等的多齿有机配体(大多是芳香多碱或多酸)自组装而成拥有特殊孔道结构的材料，其中金属离子作为骨架结构的节点，有机配体成为连接这些节点的桥连基团。这种金属有机骨架材料可以通过不同的有机配体与各种不同的金属离子进行络合，从而来设计和控制骨架中的孔结构，使得该类材料具有结构丰富、可调、孔道多样、高的比面积及易实现功能化等特点，在干燥剂、催化剂、吸附分离、光学材料、医学诊断、电学、磁性材料、储存气体等众多的领域有着广泛应用。目前常用的合成方法有水热/溶剂热法、扩散法、微波合成和超声合成等，这些方法在不同程度上存在高温高压高耗能、合成工艺复杂、对反应设备和环境要求苛刻等问题。为了避免上述这些方法中存在的问题，我们提出一种常温常压洁净的电化学合成新思路，在多种宏观和微观导电基底上电合成金属有机骨架，实现了金属有机骨架材料在纳米层面的定向生长和人为调控。

发明内容

本发明针对现有技术中制备的金属有机骨架形貌单一，合成过程不可控等问题，利用快速简单的一步电合成方法，在宏观和微观导电基底上通过电化学合成制备了多种金属有机骨架纳米材料。

一种电化学快速制备金属有机骨架化合物的方法，配制含有机配体和金属盐的电解质溶液，利用恒电位法，在导电基底上合成金属有机骨架纳米材料。

优选的，所述有机配体选自1,2-二甲基咪唑，甲基咪唑，对苯二甲酸或均苯三甲酸中的一种或几种。

优选的，所述金属盐选自Zn(NO₃)₂、Co(NO₃)₂、Ni(NO₃)₂、Fe(NO₃)₃、Cu(NO₃)₂、Al(NO₃)₃、Mg(NO₃)₂、In(NO₃)₂、Tb(NO₃)₂、Eu(NO₃)₂、ZnCl₂、CoCl₂、NiCl₂、FeCl₂、FeCl₃、MgCl₂、ZnSO₄、CoSO₄、NiSO₄、FeSO₄、Fe₂(SO₄)₃或MgSO₄中的一种或几种。

优选的，所述电解质溶液的有机溶剂选自甲醇、乙醇、丙酮或N,N-二甲基甲酰胺中的一种或几种。

优选的，所述导电基底包括宏观导电基底，选自泡沫镍、ITO、FTO、镍片、钛片、铜网、碳纤维布或透明导电布中的一种或几种。

优选的，所述导电基底包括微观导电基底，选自泡沫镍上生长钴铝水滑石、镍片上生长氧化锌、导电玻璃上生长钴铝水滑石、铜片上生长铜镍水滑石，锌片上生长锌铝水滑石中的一种或几种。

优选的，所述电解质溶液中金属盐浓度为0.1g/mL-1g/mL，有机配体和金属盐的摩尔比为1:10-10:1。

优选的，所述导电基底作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，铂丝作为对电极；电位设置范围为-0.5至-5V，合成时间为5-300s，合成温度范围为10-50℃。

优选的，所述方法还包括导电基底的清洁处理步骤：将导电基底分别用无水乙醇、丙酮和去离子水各超声10-20min，去除表面的杂质。