[发明专利]一种多面体互嵌形貌的ZIF-7-8沸石咪唑酯骨架材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种多面体互嵌形貌的ZIF‑7‑8沸石咪唑酯骨架材料的制备方法，包括以下步骤：S1：将金属盐在室温下充分溶解于N，N‑二甲基甲酰胺溶液中，制备出反应液A；S2：将配体盐在室温下充分溶解于甲醇溶液中，制备出反应液B；S3：将反应液B加入到反应液A中，在室温下混合并通过超声搅拌使其均匀分散，在高温高压条件下进行晶化；S4：通过离心、清洗、干燥和研磨得到多面体互嵌形貌的ZIF‑7‑8材料。本发明方法具有工艺简单，成本低廉、孔径可调、环境友好等优点，通过调控2‑甲基咪唑与苯并咪唑的比例可得到不同孔径大小的ZIF‑7‑8材料，实现了分子水平上孔径的调控，在气体分离、气体吸附、生物医学以及水处理等领域具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及晶体材料合成技术领域，具体是涉及一种多面体互嵌形貌的ZIF-7-8沸石咪唑酯骨架材料的制备方法。

背景技术

金属有机骨架化合物(Metal Organic Frameworks，简称MOFs)是一种纳米孔结晶材料，其结构是由金属离子或簇以强的配位键形式连接多种多样的有机配体构成，具有超高的比表面积、可调的内表面性质及可变孔径，热稳定性和化学稳定性优越。MOFs的结构、多孔性和孔结构可随金属或者配体的不同而进行调控，同时还可以进行功能化修饰改性，这些优异的特性使得金属有机骨架材料在现代材料研究方面呈现巨大的发展潜力和诱人的发展前景，广泛应用在传感器、生物医学、催化、气体吸附和气体分离等方面。

沸石咪唑酯骨架化合物(Zeolitic Imidazolate Frameworks，简称ZIFs)是在MOFs领域发现的重要成果，具有类似于沸石的独特结构以及稳定的物理化学性质。ZIFs具有特定的孔径和合成构件定义的拓扑结构，这些固定的孔径显示出根据孔径和要分离气体分子的大小而具有优异筛分能力的潜力。H₂的分子尺寸为CO₂的分子尺寸为O₂的分子尺寸为N₂的分子尺寸为CH₄的分子尺寸为C₃H₆的分子尺寸为C₃H₈的分子尺寸为ZIF-7与ZIF-8均为柔性晶体结构，ZIF-7的晶体学孔径为ZIF-8的晶体学孔径为大量研究表明ZIF-8的有效孔径为ZIF-7-8由金属离子Zn²⁺和苯并咪唑(bIm，ZIF-7配体)和2-甲基咪唑(mIm，ZIF-8配体)构成，理论上通过调整苯并咪唑与2-甲基咪唑的比例可以合成不同孔径大小的ZIF-7-8材料，所以针对要分离的气体分子来可控合成所需孔径大小的ZIF-7-8材料是很有必要的。Javier等人(Tuning the separation properties of zeolitic imidazolate framework core–shell structures via post-synthetic modifification.Journal of MaterialsChemistry A，2017，5，25601-25608.)通过ZIF-8的合成后修饰制备了多种核-壳结构的ZIF-7/8应用于H₂与CO₂的分离，Berens等人(Self-diffusion of pure and mixed gasesin mixed-linker zeolitic imidazolate framework-7-8by high field diffusionNMR.Microporous and Mesoporous Materials，2019，288.)以ZnN、甲酸钠、苯并咪唑、2-甲基咪唑为反应物，N，N-二甲基甲酰胺与甲醇溶液作为溶剂合成了一种多面体形状的ZIF-7-8材料，并发现ZIF-7-8与ZIF-8相比具有更好的CO₂/CH₄扩散选择性，归因于ZIF-7-8的孔径比ZIF-8的孔径小从而导致更好的筛分。然而，目前还未有人将配体盐苯并咪唑与2-甲基咪唑在一定比例范围内混合来调控孔径，使两种配体与锌离子竞争性生长从而获得一种多面体互嵌形貌的ZIF-7-8沸石咪唑酯骨架材料的制备方法。

发明内容