[发明专利]通过晶格对称性匹配二维材料模板实现金属有机框架表面外延生长的制备方法

权利要求书

1.一种通过晶格对称性匹配二维材料模板实现金属有机框架表面外延生长的制备方法，其特征在于具体操作步骤如下：

以电化学抛光的铜箔为生长基底，采用化学气相沉积法，以甲烷和氢气为气源，高温下在铜箔的两面上生长石墨烯单晶或石墨烯薄膜，或者采用液相剥离法，剥离石墨得到石墨烯纳米片，以石墨烯单晶、石墨烯薄膜或石墨烯纳米片为模板，采用溶剂热法，将石墨烯单晶、石墨烯薄膜或石墨烯纳米片模板加入到前驱液中，前驱液中的前驱物在模板表面外延生长出有机金属框架。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铜箔厚度为10-30 μm。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，电化学抛光控制电流条件为1-3 A，时间为1-3 min，电解溶液采用体积比3:1的H₃PO₄:H₂O。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用化学气相沉积法生长石墨烯单晶条件为：温度1000-1050℃，氢气流量为500 sccm，甲烷浓度为 1%（载气为氩气），甲烷流量为70-90 sccm， 压力为3000-6000 Pa；可以通过调节生长条件（如时间和压力等），获得不同晶轴大小的石墨烯单晶。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，液相剥离法使用的溶液为有机金属框架合成使用的前驱液溶液，液相剥离使用的仪器是超声波清洗机，超声功率为100-120 W，超声时间为 6-8 h。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，加入模板的前驱液中使用的前驱物浓度为合成不具模板块状金属有机框架时所对应浓度的1/1000-1/1；可以通过改变模板浓度以及前驱物投料比，控制生长时间，制备不同种类（如FDM-23、MOF-74）、厚度和大小的金属有机框架。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述模板材料晶格对称性和金属有机框架的其中一个晶面的晶格对称性匹配，金属有机框架在模板上的外延生长符合重合位置点阵匹配理论（CSL）。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，用于生长二维金属有机框架的模板材料无需修饰前驱物官能团。

9.根据权利要求1至8所述的制备方法，其特征在于，通过本制备方法得到的金属有机框架薄膜具有较强的晶面选择性（单晶同时还具有较高的平面/厚度比），以及与模板相辅相成的综合性能；使用溶剂热法，可在不同模板（如硫化钼）表面外延生长其他种类金属有机框架。