[发明专利]钼基硫化物改性MOF材料的方法

说明书

本发明公开了一种钼基硫化物改性MOF材料的方法，属于无机‑有机杂化材料的制备技术领域。所述方法是在MOF骨架上固载钼基硫化物得到含有单分散钼基硫化物活性中心的改性MOF材料。所得到的改性MOF材料中，钼基硫化物通过配位作用固载在MOF骨架上，呈单分散状态，有效提高了MOF材料对二氧化碳的化学吸附能力及选择性，在低压范围有较高的化学吸附能。本发明所述的钼基硫化物改性方法具有针对多孔材料的通用性，在提高二氧化碳的吸附容量的同时，增强了二氧化碳的化学吸附能，在气体吸附分离及二氧化碳的相关催化转化领域具备产业化前景。

技术领域

本发明涉及一种改性提高MOF的CO₂吸附性能的方法，属于无机-有机杂化材料的制备技术领域。

背景技术

二氧化碳的捕集和利用是控制CO₂排放，减少温室效应的重要手段。我国作为碳排放大国，如何降低CO₂排放问题显得尤为迫切。降低CO₂排放主要通过两类技术方案，一类是CO₂捕集和封存技术(carbon capture and storage,CCS)，通过碳捕集将工业生产中产生的CO2分离并封存；另一类是CO₂捕集和利用技术(carbon capture and utilization,CCU)，将分离捕集出的CO₂进一步用作碳源来制备化工原料及高附加值化学品。这两种技术方案中，对CO₂进行有效的捕集是前提。吸附法捕集分离CO₂是较为经济性的方法，而提高材料对CO₂的吸附量及吸附能是关键。近年来，一些新型多孔材料如MOFs及COFs材料的出现大大拓宽了CO₂吸附剂的选择范围，这种多孔聚合物材料具有孔径可调，比表面积大，易于修饰的优点。针对CO₂吸附应用，可以通过提高MOFs及COFs材料的比表面积来提高对CO₂的高压吸附量，然而这一方法对低压条件下的CO₂吸附没有明显优势，引入合适的活性基团可以有效提高对CO₂的选择性吸附作用，常见的如胺基，硫醇等基团。

MoS₂材料在电池、润滑和催化等领域有着广泛的研究，近来有理论计算研究表明，具有点缺陷结构的单层MoS₂是不错的吸附基底，对二氧化碳有较高的化学吸附作用(Phys.Chem.Chem.Phys.,2015,17,11700-11704)。(NH₄)₂MoS₄是制备MoS₂的前体，在二维层状平面上具有与MoS₂相似的结构，美国西北大学课题组将钼基硫化物(NH₄)₂MoS₄制成凝胶MoS_x，经超临界二氧化碳交换后，可将其比表面积提高至370m²/g,在273K下，MoSx凝胶的CO₂吸附量约为0.7mmol/g,在零覆盖率下对CO₂的吸附热Q_st约为13kJ/mol(J.Am.Chem.Soc.2015,137,13943-13948)。吸附热是评价材料对二氧化碳吸附性能的重要指标，材料与二氧化碳的作用力越强则吸附热越大。

发明内容

本发明以提高多孔材料对CO₂的吸附性能为目的，旨在提供一种改性MOF材料的方法并进一步获得具有优异的CO₂的吸附性能的材料。

本发明首先提供一种钼基硫化物改性MOF材料的方法，该方法是在MOF骨架上固载钼基硫化物得到含有单分散钼基硫化物活性中心的改性MOF材料。该方法可有效地提高MOF材料与二氧化碳的化学吸附作用。并且本发明的改性方法具有一定的普适性，制备方法简单灵活，改性后的含有氮杂环的MOF材料的二氧化碳吸附能均有所提高。