[发明专利]一种宏量化高效负载MOFs的柔性复合材料的制备方法

说明书

一种宏量化高效负载MOFs的柔性复合材料的制备方法，属于复合材料技术领域。通过热压方法将金属‑有机框架材料(MOFs)与纳米、微纳米或微米级纺织品有效的结合在一起。借助柔性基材对MOFs材料的支撑作用，减少MOFs本身因粉末属性而导致的团聚问题，以及粉体应用受限的难题；通过向体系中引入三氟乙酸，在MOFs的自组装过程中制造出更多具有金属团簇缺陷和配体缺陷的MOFs，同时在柔性材料表面暴露出更多的活性基团，增强MOFs与柔性材料的结合，使MOFs与柔性材料的结合更为牢固、不易脱落。本发明所制备的MOFs/柔性复合材料具有纤维尺寸均匀、MOFs负载量高、膜力学性能佳的特点。本发明方法成本低、工艺简单、耗时短、环保性强、可宏量化生产，具有很好的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种宏量化高效负载MOFs的柔性复合材料的制备方法。

背景技术

金属-有机框架材料(MOFs)是一类由金属离子与有机配体通过自组装方式形成的多孔晶体材料，具有可调控的孔径、较高的孔隙率和高比表面积。同时，通过对有机配体上增加额外基团可以改变MOFs的亲疏水性、稳定性和催化活性等，因而使得MOFs在气体储存、分离、传感、载药、催化等领域具有很高的应用潜能。然而，MOFs的粉末难以单独使用且易造成二次污染，限制了MOFs的实际应用价值和范围。

柔性材料的开发与应用是目前热门的研究方向，在电池、吸附、传感等领域具有较高的发展空间。例如可穿戴式柔性传感器、大气污染物过滤柔性膜等的开发与研制，均显示了柔性材料的应用优势。通过柔性材料(尤其是纺织品)作为MOFs的支撑基材，可以很好的解决MOFs的团聚和应用受限问题。

然而，现有的MOFs/柔性复合材料的制备方法(例如溶剂热法、二次生长法、层沉积法等)需要使用大量有机溶剂，且制备时间较长(24h～72h)，MOFs负载量低，存在成本高、耗时长、效率低、环境友好度差的缺陷，且制备的MOFs/柔性复合材料难以宏量化生产。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种宏量化高效负载MOFs的柔性复合材料的制备方法。通过热压法制备MOFs/柔性复合材料，过程中使用较少的有机溶剂，制备时间较短，具有成本低、工艺简单、耗时短、环保性强、可宏量化生产的优点。热压过程中三氟乙酸的加入可以在MOFs的自组装过程中制造出更多具有金属团簇缺陷和配体缺陷的MOFs材料。MOFs材料骨架中的缺陷位点则是MOFs材料活性的关键，缺陷位点上未成键的外层电子与其他分子中未成键的外层电子相结合，进而生成新的化学键作用，从而捕捉或携带目标分子进行下一步反应。通过三氟乙酸对MOFs材料中缺陷位点的增加，进而增强MOFs的性能。同时，三氟乙酸的加入还可以在柔性材料表面暴露出更多的活性基团(例如-OH等)，通过柔性材料上活性基团与MOFs材料中缺陷位点之间形成共价键，增强MOFs与柔性材料的结合，使MOFs与柔性材料的结合更为牢固、不易脱落，制备出具有高负载量的MOFs/柔性复合材料。

本发明所采用的技术方案是一种宏量化高效负载MOFs的柔性复合材料的制备方法，具体如图1所示，按照以下步骤实施：

步骤1)准备柔性基材；

步骤2)将合成目标MOFs的对应原材料(金属盐和有机配体)与聚乙二醇置于研钵中充分研磨混合均匀，形成MOFs前驱体混合物；

步骤3)反应体系中引入三氟乙酸；

步骤4)将上述前驱体混合物均匀涂覆于柔性基材上，并用铝箔包裹；

步骤5)通过对涂覆后的柔性基材进行同时加压、加热的方式，制备MOFs/柔性复合材料；

步骤6)对制备的MOFs/柔性复合材料进行冲洗、烘干。

进一步地，在步骤1)中所述的柔性基材为纳米、微纳米或微米级的纺织品。