[发明专利]一种纳米星状ZIF-8纳米材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种纳米星状ZIF‑8纳米材料的制备方法，包括：(1)将咪唑配体、聚乙烯亚胺和甲醇在室温下混合超声溶解；(2)将锌盐和甲醇在室温下混合超声溶解；(3)将咪唑配体、聚乙烯亚胺混合溶液迅速倒在锌盐溶液中，然后将反应溶液搅拌反应，洗涤烘干得到纳米星结构ZIF‑8。本发明通过添加聚乙烯亚胺修饰ZIF‑8形貌，控制聚乙烯亚胺的分子量和反应物之间的比例，就可以实现对ZIF‑8的形貌调控，避免了复杂的调控方法。本发明的制备方法简单，无需高温加热，仅在室温条件下就可以实现调控。本发明也为调控ZIF‑8形貌提供了一种新的方法，为以后的研究提供了有效的思路。

技术领域

本发明属于晶体材料合成的技术领域，涉及ZIF-8纳米材料的制备，尤其涉及一种实现ZIF-8在聚乙烯亚胺附近预成核，从而使得晶体受控生长的纳米星状ZIF-8纳米材料的制备方法。

背景技术

沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)属于金属有机骨架(MOF)的一类。MOF结构通常由有机连接基和无机金属离子构成。构建ZIF的咪唑连接基诱导四面体过渡金属节点形成晶体结构，顾名思义，ZIF的结构与沸石的类似，ZIF中咪唑基桥接的两个金属离子中心之间的夹角为∠(M–imidazolate–M)＝145°，这与沸石中∠(Si–O–Si)的值接近。通过对研究沸石结构类的ZIF多孔材料，对讨论和发展多孔金属材料具有重要意义。

ZIFs通常由适当的金属盐(常见的锌和其他适合四面体配位的金属)和咪唑连接基在适当的溶剂(水、甲醇、DMF等)中来制备。例如ZIF-8(zeolitic IM frame-work(ZIF)-8)，它是由锌盐和2-甲基咪唑基分别溶解在适当溶剂中，在室温或者高温(与羧酸盐形成骨架相似)中2-甲基咪唑基由于去质子化，从而引发骨架的形成。Zn²⁺通过与2-甲基咪唑的咪唑基相连形成一个具有正六面体晶型的笼状配位化合物。ZIF-8与其他无机离子相比具有高比表面、高孔隙率、空气中持久稳定、水溶液和强碱溶液中稳定、高热稳定性、热分解温度大于400℃等特性。基于以上优点，ZIF-8广泛应用于吸附、催化、气体分离等领域。

ZIF-8的制备方法包括扩散法、溶剂热法、电化学法、辅助合成法等。到目前为止，已经开发了很多控制ZIF-8大小和形态的方法，主要是通过其生长的反应动力学来控制MOF，形态控制主要策略是基于配位控制，使用不同的控制剂来影响配位选择从而进一步控制其生长达到控制晶体形状。研究表明，分子间的氢键和疏水相互作用可以影响晶体生长，大分子物质与锌盐和咪唑结构单元的亲和力可以促进ZIF-8的定向生长。通过增加金属离子和有机配体局部浓度可以促进大分子周围的ZIF-8预成核，从而控制晶体生长。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种纳米星状ZIF-8纳米材料的制备方法，可以通过使用不同分子量的聚乙烯亚胺对ZIF-8实现形貌的调控，并且在制备方法中调控合成条件，可以实现对ZIF-8形貌的精准控制。本发明的制备方法为以后调控ZIF-8形貌提供了更好的思路，所得到独特“纳米星”结构ZIF-8可以在气体分离，污染物吸附等应用中实现更优异的性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种纳米星状ZIF-8纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将咪唑配体与聚乙烯亚胺在室温下溶解于溶剂中，得到咪唑配体与聚乙烯亚胺的混合溶液备用；

2)将锌盐在室温下溶解于溶剂中，得到锌盐溶液备用；

3)将步骤1)得到的咪唑配体与聚乙烯亚胺的混合溶液迅速倒入步骤2)得到的锌盐溶液中，搅拌反应，得到ZIF-8溶液；

4)将步骤3)反应后的ZIF-8溶液进行离心，将离心后的ZIF-8加热洗涤；

5)将步骤4)洗涤后的ZIF-8进行离心，离心后加热烘干，得到纳米星状ZIF-8纳米材料。