[发明专利]一种新型金属有机框架材料Zn-MOF及其合成方法、应用

说明书

本发明公开了一种新型金属有机框架材料Zn‑MOF、合成方法及其应用，该方法包括材料配比混合、研磨、抽真空、加热保温、冷却、提纯等步骤，其中真空加热温度至120℃‑200℃后，保温特定时间，加热时长在24～112h，由上述方法制备的金属有机框架材料Zn‑MOF优点是：合成方法操作简单，所用耗材少，成本较低，废物产生量少；不仅能够很好的除去固相反应产物中的杂质，还能促进Zn‑MOF的结晶；利用本方法获得的新型Zn‑MOF材料可以通过激光调控其发射光谱性能。

技术领域

本发明属于金属有机框架材料(MOF)的合成领域,特别涉及一种金属氧化物(ZnO)与有机物2-甲基咪唑(C4H6N2)合成的Zn-MOF材料、合成方法及其应用。

背景技术

传统金属氧化物材料ZnO具有独特的带隙结构，高电子迁移率，因此在传感电化学和光催化方面具有广泛应用，但在探测器的探测效率有待进一步提高。金属有机框架是一种新型多孔配位复合材料，由于其具有高比表面积，可调控孔径，高密度活性位点和高催化活性而被广泛用于气体分离、储存、催化等方面。最近的研究发现，金属有机框架具有大量高活性位点的特点，将其作为前驱体，通过一定条件下的煅烧等特定技术手段，能够得到具有独特结构特点的金属氧化物，以期提高金属氧化物在催化、能源与传感等领域的器件应用。

锌的金属有机框架是以锌离子为中心离子，有机分子链为配位体的具有空间拓扑结构的复合材料，由于其特殊的拓扑结构，材料的热稳定性往往较差，相关技术仍需改进。目前金属有机框架的合成方法有多种：水(溶液)热法、扩散法、固相反应法等等。其中常见较多的合成方法是溶液热法，溶液热法利于可溶性反应物充分接触反应，生成物通常为固体沉淀，易分离。但多数的溶液热法的合成过程较为复杂，过程中需要多种有机溶剂作为组合溶剂进行合成过程，过程中所使用的部分药品具有一定危险性。如现有的Zn-MOF 水热合成技术，多采用含锌的硝酸盐作为锌源，其具有腐蚀性、易爆、对环境有害，以及反应条件苛刻等不利问题。并且在溶液热法中难溶性反应物(ZnO)并不适合作为反应物。而固相反应法适用于难溶性反应物反应，但是由固相反应法得到的生成物不易分离，通常含有较多杂质。如在其他固相反应法的合成工艺中，需要将反应物置于石英玻璃管内并煅烧密封，并在氮气保护下较高的温度加热。传统的固相反应法有制造成本高、产量低、合成工艺复杂、合成物纯度低等缺点。

发明内容

MOF合成使用的固相反应法的优点是有利于难溶性反应物反应、操作简单、(少使用或不适用溶液)环保等优点，但是产物一般含有较多的杂质，本发明要解决的问题是改进固相反应法，并通过后续的提纯工艺以获得高纯度的目标产物，且该产物Zn-MOF可以调控激光激发下的发射光谱性能。

其技术方案如下：

一种新型金属有机框架材料Zn-MOF的合成方法，包括以下步骤：

(1)步骤1：按照一定质量比称取氧化锌和2-甲基咪唑，将两种粉末混合；

(2)步骤2：将步骤(1)中混合粉末置于玛瑙研钵中，进行研磨以混合均匀；

(3)步骤3：将步骤(2)中混合均匀粉末放置于特定容器中，放入真空恒温干燥箱抽真空并保持0.1MPa以下；

(4)步骤4：在0.1MPa真空度以上，开始加热至120℃-200℃后，并保温特定时间；

(5)步骤5：到达保温时间后，在0.1MPa真空度以上冷却至室温，取出材料；

(6)步骤6：配置一定浓度的氯化铵溶液，将步骤(5)所得材料放入溶液中，搅拌均匀，放置在保温箱中，一定温度下保温一定时间，使得氯化铵溶液与残留的氧化锌充分反应后，抽滤，烘干，获得新型Zn-MOF材料。

此外，本发明还公开一种金属有机框架材料Zn-MOF，该材料是通过上述新型金属有机框架材料Zn-MOF的合成方法制备而成。