[发明专利]一种水系稳定性MOFs/石墨相氮化碳复合材料的制备及应用

说明书

本发明公开了一种MOFs/g‑C₃N₄复合材料的制备，是将MOFs材料与g‑C₃N₄材料混合研磨后，在氮气流作用下煅烧；自然冷却后分散于乙醇溶液中超声，离心去除多余的石墨相氮化碳材料，产物经真空干燥，即得MOFs/g‑C₃N₄复合材料。石墨相氮化碳材料在热剥离的过程中通过静电相互作用逐层包裹在MOFs材料表面，并在其表面形成薄膜，有效阻断水分子对进一步靠近金属离子中心以提供一个需要克服的活化能屏障，有效地提高了MOFs材料的疏水性，增强了MOFs的水系稳定性，同时有效保持MOFs材料对不同分析物的高效、高选择性吸附性能，可用于复杂基质中不同金属离子与维生素的选择性萃取、富集与分析检测。

技术领域

本发明涉及一种MOFs/g-C₃N₄复合材料的制备方法，尤其涉及一种水系稳定性MOFs/g-C₃N₄复合材料的制备方法；主要作为固相萃取剂用于水溶液或酸性溶液中金属离子或有机小分子的高选择性萃取与富集，以实现复杂基质样品中痕量目标分析物的灵敏检测，属于复合材料领域和分析检测技术领域。

背景技术

自20世纪90年代至今, 金属有机框架材料（metalorganic frameworks，简称MOFs）的快速发展和应用研究令人瞩目。作为一种多孔结晶材料，MOFs因具有丰富的孔道结构、超高的比表面积及无机构筑单元和有机配体设计组合的多样性等特定优势在分析物的吸附与分离、环境监测、传感检测及能源储存等方面展现出巨大的应用价值。然而，在上述吸附、分离及固相萃取等重要应用中，待测分析物不可避免地存在于含水环境中，如食品、环境水甚至一些酸性溶液中，这对MOFs材料在水溶液或酸溶液中的稳定性、吸附选择性及萃取容量等提出更高的要求（ X.Z. Fang, Chem. Phys. Lett., 2021, 771, 138470;Y.Z. Zhang, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 27868−27874）。因此，开发具有优异水稳定性的MOFs材料，在此基础上调控MOFs材料的萃取性能以满足不同的应用场景要求，不仅具有重要的理论意义，而且对推动MOF是材料的实际应用具有重要的现实意义。

MOFs的水稳定性主要体现于水分子与MOFs结构之间相互作用力的强弱，具体则表现为水分子对MOFs热力学稳定性及动力学稳定性的影响。MOFs发生水解反应主要是两个过程。首先是水分子足够靠近金属离子，使亲电金属离子上的电子轨道与亲核水分子发生相互作用。其次，相互作用的能量必须足够大才能克服反应的活化能势垒而发生水解反应。故MOFs框架结构的疏水性在提高MOFs水系稳定性方面起到重要的作用（ L.F. Yang, ACS Appl. Nano Mater., 2021, 4, 4346−4350, B.T. Liu, Environ. Sci.: Nano, 2020, 7, 1319–1347）。近年来，研究者们通过对有机配体结构进行疏水化处理或用不同官能团修饰预留金属簇节点的亲水性等方式改善MOFs的框架结构的疏水性，从而增强MOFs材料的水系稳定性（ M.L. Ding, CCS Chem., 2020, 2, 2740–2748）。然而，这些功能化方法都是针对一些特定的MOFs材料展开的，不具有普适应。因此，发展一种具有普适性的、能够提高不同类型MOFs材料水系稳定性的方法具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是针对MOFs材料在分离分析领域研究现状及不足，提供一种水系高稳定性MOFs/g-C₃N₄复合材料制备方法，可作为固相萃取剂用于水溶液或酸性溶液中金属离子或有机小分子的高选择性萃取与富集。