[发明专利]一种制备多壳空心金属有机框架的通用方法

说明书

本发明公开了一种制备多壳空心金属有机框架的通用方法，包括如下步骤：(1)将前驱体MOFs分散于有机溶液，形成悬浮液C；(2)将有机配体溶于有机溶液，形成溶液D；(3)向溶液D中加入0～10ml三乙胺，并加入悬浮液C，保持温度在0～150℃，保温5min～24h。将产物离心分离，然后依次用乙醇和去离子水洗涤多次，最后置于80～100℃烘箱中烘干10～20h后，得到具有多壳空心结构的目标MOF粉体。本发明操作简单，成本低廉，过程易于控制与观察，可进行大批量生产，制备的多壳空心MOF材料将具有广阔的应用前景，可用于分离、传感、催化、药物缓释、吸波和能源等领域。

技术领域

本发明涉及功能材料空心金属有机框架的合成技术领域，具体涉及一种制备多壳空心金属有机框架的通用方法。

背景技术

近年来，金属离子与有机配体自组装形成的具有周期性网络结构的金属有机骨架(MOFs,metal-organic frameworks)引起了越来越多的关注。MOFs材料具备高孔隙率、大比表面积、规则孔道、骨架大小可调节以及有机配体的多样性和可修饰性等优点，在分离、储氢、催化、传感和能量转化与储存领域得到了极为广泛的应用，表现出优于常规多孔晶体结构材料的性能。而多壳空心结构MOFs是一种特殊的微/纳米结构，多个壳层从外到内依次排列。相较于实心或单双壳层结构，多壳空心结构不仅具有比表面积大、低密度和高加载能力的特征，更重要的是，它们还具有多个可调壳层、多个可调壳层间空间、多个可调壳层厚度和孔隙度等，可以有序地排列，从而实现物质顺序的催化或顺序的释放或吸收。因此，在电化学储能、太阳能转换、电磁波吸收、催化、药物运输等应用中，多壳空心结构MOFs有望比实心或单双壳空心结构和其他普通多孔结构或纳米结构具有更好的性能。目前，多壳空心结构MOFs被广泛认为是最有前途的功能材料之一。然而，与实心和单双壳空心结构的MOFs相比，由于结构的复杂性的增加，多壳空心结构的MOFs合成更具有挑战性，缺乏简单、通用、可控的合成方法，这已成为MOFs发展及应用的瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备多壳空心金属有机框架的通用方法，其可以解决上述背景技术提出的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种制备多壳空心金属有机框架的通用方法，包括以下步骤：

(1)将前驱体MOFs分散于有机溶剂，形成悬浮液C；

(2)将有机配体溶于有机溶液，形成溶液D；

(3)向溶液D中加入0～10ml三乙胺，并加入悬浮液C，保持温度在0～150℃，保温5min～24h，将产物离心分离，然后依次用乙醇和去离子水洗涤，最后置于80～100℃烘箱中烘干10～24h后，得到具有多壳空心结构的目标MOF粉体。

优选地，所述步骤(1)和(2)中有机溶剂为甲醇、乙醇、甲醇或乙醇与去离子水混合溶液、N,N-二乙基乙酰胺溶液中的一种，所述步骤(2)的有机配体为2-甲基咪唑、2,5-二羟基对苯二甲酸，所述步骤(3)中溶液D与悬浮液C的体积比为3:1。

优选地，所述步骤(1)中前驱体MOFs材料为IRMOF-74-II粉体、ZnCo-MOF-5粉体、ZnCo-ZIF粉体、CuCo-ZIF粉体中的一种。

优选地，所述IRMOF-74-II粉体的制备方法如下，将二水乙酸锌溶于乙醇、去离子水、N,N-二乙基甲酰胺混合溶液形成溶液A2，将3,3’-二羟基-4,4’-联苯二甲酸溶于乙醇、去离子水、N,N-二乙基甲酰胺混合溶液形成溶液B2，溶液A2倒入溶液B2中，转移至高压釜中，于80～150℃下保温12～48h，将产物离心分离，然后用DMF洗涤，置于80～100℃烘箱中烘干10～24h后，得到IRMOF-74-II粉体。