[发明专利]配体交换的中空MIL-101金属有机框架材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种1,1’‑二茂铁二甲酸配体交换的中空MIL‑101金属有机框架材料及其制备方法和应用，制备方法包括：(1)制备MIL‑101金属有机框架材料，并对MIL‑101金属有机框架材料进行酸刻蚀，得到中空MIL‑101金属有机框架材料；(2)将中空MIL‑101金属有机框架材料与1,1’‑二茂铁二甲酸分散到溶剂中，再加入乙酸混合均匀形成悬浮液，在80‑160℃反应6‑24小时，冷却后离心、洗涤、干燥，得到1,1’‑二茂铁二甲酸配体交换的中空MIL‑101金属有机框架材料。该配体交换的中空MIL‑101金属有机框架材料具有较大的比表面积、高水吸附容量、快速吸脱附动力学、优异的光吸收和光热转换能力、抗菌性能突出等特点，可以用于太阳能驱动大气水收集、水果蔬菜保鲜、智能杀菌等领域。

技术领域

本发明涉及材料科学技术领域，尤其涉及一种1,1’-二茂铁二甲酸配体交换的中空MIL-101金属有机框架材料及其制备方法和应用。

背景技术

金属有机框架材料(MOFs)是由金属离子或团簇和有机链通过配位键合形成的一维、二维或三维多孔材料。由于该材料具有高孔隙率、较大的比表面积、孔径大小和功能特性可调控的特点，目前已广泛用于气体吸附与分离、生物医学、重金属和有毒染料的去除、能源储存与转换、催化等领域。

近年来，金属有机框架材料作为一种最有潜力的吸附材料，在太阳能驱动大气集水领域得到了广泛的研究。太阳能是一种无处不在、清洁、可再生的能源，在光照的作用下，水蒸汽吸附饱和的材料可以吸收部分太阳光并转化为热，实现水的快速脱附，随后通过冷凝进行收集。然而，在实际的应用中，大多数MOFs材料表现出较差的光吸收能力。为了实现太阳能驱动的大气水收集目标，研究人员通过将MOFs材料与光热材料混合或者通过优化大气水收集装置来提高该体系的光热转换效率，但是往往出现水吸附容量降低、散热快、设备复杂、成本高等问题，如果能从分子水平上对MOFs材料的结构和功能进行改性，将有利于提高该材料的光热加热能力，从而实现太阳能驱动快速水收集的目标。然而，关于从MOFs材料的结构设计来提高其光热能力的报道还很少。

食品安全和智能抗菌与人类健康密切相关。此前，抗菌材料主要包括(1)有机或无机材料与盐复合；(2)金属基质Ag、Cu或金属氧化物等；(3)利用MOFs材料抗菌。通常，研究人员利用MOFs材料的多孔结构作为金属或抗菌物质的载体，通过控制金属离子的缓慢释放或将抗菌物质输送到特定位置，实现杀菌；此外，研究人员还直接利用某些MOFs材料的不稳定性来杀菌，如：Zn-MOFs在一定环境下结构分解，能释放出Zn²⁺或具有抗菌功能的配体杀死细菌；一些具有介孔的MOFs材料还可以通过吸附或富集细菌，提高杀菌率。此外，有文献还报道了利用MOFs材料的催化作用产生活性氧或者通过光热加热效应来进行杀菌。这些方法不仅提高了抗菌率，且在实际生活中具有重要的研究意义。

主要的全球挑战，如饥荒、突发公共卫生事件、快速气候变化，都与严重的粮食浪费密切相关。由于保质期短，变质或腐烂的水果和蔬菜占了食物损失的最大比例，这启发我们寻找一种可持续、简单通用的保存技术。新鲜食物的腐烂过程包括脱水、呼吸代谢、微生物生长和衰老等四个阶段。目前，延长食物保质期的方法主要包括添加防腐剂、涂蜡、辐照、冷藏、热处理和气调储存等。然而，过量使用防腐剂可能会导致有毒物质的生物积累；热处理和辐照虽然能减少微生物的繁殖，但不可避免会促进食物成熟；受控气氛下的储存需要有恒定气体供应的大型设施，这在某些地区实际上是不切实际的。

目前，关于利用MOFs材料的快速水吸脱附能力来调节湿度，并最终实现水果蔬菜保鲜功能的研究还未见报道。

发明内容

本发明提供了一种1,1’-二茂铁二甲酸配体交换的中空MIL-101金属有机框架材料及其制备方法，该配体交换的中空MIL-101金属有机框架材料具有较大的比表面积、高水吸附容量、快速吸脱附动力学、优异的光吸收和光热转换能力、抗菌性能突出等特点，可以用于太阳能驱动大气水收集、水果蔬菜保鲜、智能杀菌等领域。

本发明的技术方案如下：