[发明专利]一种利用介质阻挡放电等离子体制备金属有机骨架材料的方法

说明书

本发明公开了一种利用介质阻挡放电等离子体制备金属有机骨架材料的方法。将金属盐、有机配体加入溶剂混合搅拌均匀溶解得到反应液，将反应液泵入介质阻挡放电等离子体反应器的内管，再从低于外管的内管边缘溢出，在内管和外管之间形成均匀的挂壁式液膜缓缓向下流动；同时向内管内通入工作气体。受高频高压电源驱动，液体电极与外管高压电极间放电产生的等离子体作用于流经内外管之间的液膜，使反应液在等离子体作用下进行一定时间的反应，制备有机金属骨架材料。本发明具有合成速度快、性能稳定高效、可调节性强、实用性强、无二次污染等优点，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于功能材料制备技术领域，主要涉及一种金属有机骨架材料的介质阻挡放电等离子体制备方法。

背景技术

金属有机骨架材料是由金属和有机配体形成的一种新型多孔配位功能纳米材料，是当今配位化学、材料科学和晶体工程等领域的热点研究课题。金属有机骨架材料具有超高比表面积、独特的孔结构、孔道形状尺寸和化学环境可调控等特点，对废水中的污染物具有较高的吸附能力和光催化性能。

金属有机骨架材料采用金属盐和有机配体在某种溶剂中在中低温条件下合成，主要方法有溶剂热合成法、搅拌合成法、扩散法、微波法、超声法、电化学法等。溶剂热合成法是合成金属有机骨架材料最为常见的方法，具有设备简单、晶体生长完美、操作简单等优点，但反应需要高温高压，反应时间较长，生产能耗大，生产效率低。搅拌合成法可以合成的量较大，但合成的材料可能含有较多的杂质。扩散法合成的金属有机骨架材料较为纯正，质量较好，但由于是常温下的扩散作用作为推动力，反应时间较长，产量低。微波法和超声法反应迅速、便于快速结晶成核，但反应不易控制，产物形貌和稳定性较难控制。电化学法是一种极为独特的金属有机骨架材料制备方法，但工艺流程较为复杂，生产强度不高。

针对上述问题，中国专利CN 105037404A，公开了一种基于液相中放电等离子体制备金属有机骨架材料的方法，但由于液体具有导电性，液体中的离子将会参与导电形成离子流，使液体中等离子体的建立较困难，且这种方法在反应液的充分混合和不同拓扑结构金属有机骨架材料的调控上较为受限。

目前，国内外尚未有利用介质阻挡放电等离子体制备金属有机骨架材料的研究或报道。因此，如何研发一种利用介质阻挡放电等离子体制备金属有机骨架材料的方法，解决上述技术问题，具有重要的现实意义。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种利用介质阻挡放电等离子体高效快速制备金属有机骨架材料的方法。采用不同工作气体鼓泡与反应液混合，一方面促进金属盐和有机配体的充分混合，另一方面，也改变放电气氛和放电状态，从而可以调控金属有机骨架材料的结构。

本发明为了实现上述目的，采用的技术解决方案是：

一种利用介质阻挡放电等离子体制备金属有机骨架材料的方法，具体包括如下步骤：

(1)将金属盐、有机配体加入溶剂混合搅拌均匀溶解得到反应液，将反应液泵入介质阻挡放电等离子体反应器中；

(2)反应液进入等离子体反应器中时，先通过液体入口泵入内圆管，再从低于外管的内管边缘溢出，在内管和外管之间形成均匀的挂壁式液膜缓缓向下流动；

(3)在介质阻挡放电等离子体反应器内，盛满内管与引导电极充分接触的反应液形成液体电极；

(4)通过气体入口向内管内通入工作气体，待稳定后开启高频高压电源，控制输入电压为50-100V，频率为10-20kHz，电流为1-3A，液体电极与外管的高压电极间放电产生的等离子体作用于流经内管和外管之间的液膜，在通入工作气体气氛中进行反应10-150min，通过等离子体放电产生的高能电子、基团等活性粒子，破坏原有的化学键，使金属离子和有机配体结合形成新的配位化合物，制备得到金属有机骨架材料。