[发明专利]内部限域生长MOFs的空心磁性碳纳米球的制备方法

说明书

内部限域生长MOFs的空心磁性碳纳米球的制备方法，属于纳米材料生产技术领域，将FeCl₃·6H₂O、乙二醇、乙醇和乙酸钠混合进行水热反应，得Fe₃O₄球，与乙醇、去离子水、氨水混合，得Fe₃O₄球混合液，向其中滴加硅源反应后，再加入间苯二酚和甲醛进行反应，得Fe₃O₄@SiO₂@间苯二酚甲醛树脂球，经氩气下煅烧，得Fe₃O₄@SiO₂@C球，经氢氧化钠水溶液刻蚀，得磁性碳纳米笼；最后将磁性碳纳米笼与金属硝酸盐和2‑甲基咪唑进行反应，得大小均一，分布均匀且形貌控制良好的内部限域生长MOFs的空心磁性碳纳米球。该过程简便，反应过程所需材料低毒、无害。

技术领域

本发明属于纳米材料生产技术领域，具体涉及一种磁性纳米笼内部限域生长MOFs的技术。

背景技术

金属有机骨架化合物（MOFs）是近十年来发展迅速的一种配位聚合物，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，具有三维的孔结构，一般以金属离子为连接点，有机配位体支撑构成空间3D延伸，系沸石和碳纳米管之外的又一类重要的新型多孔材料，在催化、储能和分离中都有广泛应用。目前，MOFs已成为无机化学、有机化学等多个化学分支的重要研究方向。金属有机骨架化合物（MOFs）作为一系列的复合材料已用于催化的催化剂和催化载体、纳米笼反应器、锂离子电池负极材料，其可调孔径可控的功能，使其优于传统的多孔材料。

但是MOFs材料不具有导电性，限制了其在电化学领域中的应用。MOFs材料的尺寸较小，从反应体系中的分离较为困难。MOFs材料在强酸和强碱性溶剂中稳定性较差，会造成MOF的分解，在作为吸附剂、催化剂、催化剂载体、药物缓释载体或锂离子电池电极材料时，材料的稳定性得不到保证。此外，MOFs材料不具有磁性，无法在磁场中定向移动，也无法从反应体系中磁性分离。因此，需要设计合成一种具有磁性、导电性的MOFs复合材料。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷，本发明的目的在于提出一种磁性纳米笼内部限域生长MOFs的制备方法球的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1）将FeCl₃·6H₂O、乙二醇、乙醇和乙酸钠混合后进行水热反应，反应结束后离心洗涤，取固相干燥，得Fe₃O₄球。

本发明通过水热法合成的直径大小均一的Fe₃O₄球，以Fe₃O₄球为后续反应的模板。以Fe₃O₄为磁性内核和模板，利于在其表面依次包裹SiO₂和间苯二酚-甲醛低聚物。

2）将乙醇、去离子水、氨水和Fe₃O₄球在超声条件下混合，取得Fe₃O₄球混合液；再将硅源滴加于上述混合液中，搅拌条件下进行反应，取得含有核壳结构的Fe₃O₄@SiO₂纳米球反应体系；再将间苯二酚和甲醛加入到上述反应体系中搅拌条件下进行反应，反应结束后离心洗涤，取固相干燥，得Fe₃O₄@SiO₂@间苯二酚甲醛树脂球。

本发明采用乙醇与去离子水调节反应体系的极性，从而控制正硅酸四乙酯水解时的水解速率，而加入氨水的目的是提供正硅酸四乙酯水解必要的碱性条件。