[发明专利]一种ZIF-8纳米片晶及其超薄膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种ZIF‑8纳米片晶以及超薄膜的制备方法，属于MOFs纳米晶体制备及气体分离膜的制备技术领域，本发明的ZIF‑8纳米片晶使用晶种法制备，晶种的制备和晶体的生长相互分开，所述晶种和所述晶体均是在液体环境下制备。将ZIF‑8纳米片晶利用真空抽滤法铺展在多孔支撑体上面制备ZIF‑8超薄膜。本发明通过利用晶种法将晶体的合成分为晶种的制备和晶体的生长两个步骤，这个方法将晶核的形成和晶体的生长有效的分开，从而制备得到了纯度较高（85%）且厚度约为25 nm的ZIF‑8纳米片晶，最后将晶体利用真空抽滤法铺展在多孔支撑体上面制备ZIF‑8超薄膜。此方法为制备ZIF‑8纳米片晶及其超薄膜提供了一种新的方法。

技术领域

本发明属于MOFs纳米晶体制备及气体分离膜的技术领域的制备技术领域，涉及一种ZIF-8纳米片晶以及超薄膜的制备方法。

背景技术

沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)是由金属离子与咪唑衍生物配位形成的一类具有沸石拓扑结构的新型金属有机骨架材料(MOFs)，具有优良的化学和水热稳定性。近年来，研究大都集中于改善ZIFs材料的稳定性，调控骨架结构的多样性及其在气体分离与储存、催化、生物医学等方面的应用。

相比于普通的块状MOF，MOF纳米片晶是具有超薄的厚度、更大的比表面积和更多暴露的活性位点等特征；因而引起了研究者们的广泛关注。制备MOF纳米片晶通常有两种策略，一种是自上而下的方法，另一种是自下而上的方法。自上而下的方法是采用特殊的手段将普通块状MOF晶体分解为单层或多层；采用的策略包括超声剥落、球磨剥落等。采用这些机械力剥离手段容易损坏MOF纳米片晶的形貌和结构。自下而上的方法，是利用表面活性剂控制晶体的成核与生长过程制备MOF纳米片晶的方法(Zhao M，Wang Y，Ma Q，etal.Ultrathin 2D Metal-Organic Framework Nanosheets[J].Advanced Materials，2015，2714(1)：7372～7378.)。但是目前该方法都只适用于二维层状骨架结构的MOF纳米片晶的制备，还未见关于三维骨架结构的MOF纳米片晶的制备报道。

ZIF-8是由锌离子和2-甲基咪唑配位形成的、具有三维骨架结构的MOF材料，厚度越薄，暴露的活性位点越多，但是现有的制备的ZIF-8纳米片晶的厚度仍然达不到理想需求，例如(Yang Fan，Mu Hao，Wang Chongqing，et al.Morphological Map of ZIF-8Crystals with Five Distinctive Shapes：Feature of Filler in Mixed-matrixEmbranes on C₃H₆/C₃H₈ Separation[J].Chemistry of Materials，2018，30：3467～3473.)中利用表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵调控得到ZIF-8片状晶体，但是晶体的厚度约为200nm，并没有达到二维材料的厚度。在后续的研究中，我们通过调节表面活性剂种类、合成液的组成、合成参数(温度、时间)等均不能有效获得厚度小于30nm的ZIF-8纳米片晶。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种利用晶种法自下而上制备ZIF-8纳米片晶的方法，将晶种制备和晶体生长过程分开，可以获得厚度小于30nm的ZIF-8纳米片晶。

本发明提供如下技术方案：

一种ZIF-8纳米片晶的制备方法，使用晶种法制备，晶种的制备和晶体的生长相互分开，所述晶种和所述晶体均是在液体环境下制备。本发明通过利用晶种法将晶体的合成分为晶种的制备和晶体的生长两个步骤，这个方法将晶核的形成和晶体的生长有效的分开，从而制备得到了纯度较高(85％)的ZIF-8纳米片晶。

优选的，其具体步骤如下：

(1)制备原料液：将2-甲基咪唑、锌盐和表面活性剂分别溶于水中，充分搅拌后使其充分溶解得到溶液A、溶液B和溶液C；