一种水溶剂体系制备多种金属有机骨架的方法

技术领域

本发明属于功能材料金属有机骨架的合成技术领域，具体是一种水溶剂体系制备多种金属有机骨架的方法。

背景技术

近年来，金属有机骨架凭借其大的比表面积、高的孔隙率以及可塑的有机配体等优点引起了越来越多的关注，且其可作为前驱体制备多孔金属氧化物、碳材料以及金属氧化物与碳的复合材料。因此，金属有机骨架及其衍生材料在储能、传感、催化以及气体吸附等领域表现出优异的应用价值。然而，目前所报道的金属有机骨架材料的制备过程均涉及到有机溶剂的使用，如乙醇、二甲基甲酰胺等，这些有机溶剂的使用一方面增加了实验以及实际应用的成本，另一方面对环境造成了一定的破坏，且一定程度上危害了实验人员的身体健康，因此，如何以绿色环保的方法制备金属有机骨架材料显得日益重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水溶剂体系制备多种金属有机骨架的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种水溶剂体系制备多种金属有机骨架的方法，包括如下步骤：

(1)均苯三甲酸在水中的溶解

称取0.2143-0.8571g均苯三甲酸加入20-100ml去离子水中，油浴加热搅拌，直至均苯三甲酸在水中的完全溶解；

(2)金属有机骨架材料的制备

称取0.2441-1.7544g金属盐溶于20-100ml去离子水中，然后将其加入步骤(1)中溶解有均苯三甲酸的水溶液中，油浴加热搅拌，取出用乙醇和去离子水交替离心清洗，烘箱干燥，得到金属有机骨架材料。

优选的，所述步骤(1)中的油浴加热温度为60-150℃，时间为3-30min。

优选的，所述步骤(2)中油浴加热温度与步骤(1)相同，加热搅拌时间10s-60min。

优选的，所述步骤(2)中金属盐包括乙酸锰、硝酸铈、乙酸镍、乙酸钴、硝酸铜。

本发明的有益效果是：

本发明的有益效果是：本发明避免了有机溶剂的使用，绿色环保，大大降低了实验以及实际应用中的成本，且适用于制备多种不同类型的金属有机骨架材料，具有较高的普遍适用性，且本发明的制备方法简单可控，所制备的金属有机骨架材料可作为前驱体制备金属氧化物、多孔碳以及氧化物与多孔碳的混合材料，在储能、传感、催化以及气体吸附等领域具有较好的应用前景。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为实施例1得到的Mn-BTC的FESEM图。

图2为实施例1得到的Mn-BTC的TEM图。

图3为实施例2得到的Ce-BTC的FESEM图。

图4为实施例3得到的Ni-BTC的FESEM图。

图5为实施例4得到的Co-BTC的FESEM图。

图6为实施例5得到的HKUST-1的FESEM图。

图7为实施例1-实施例5得到的五种金属有机骨架材料的XRD谱图。

具体实施方式

以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

以下通过具体实施例对本发明进行详细描述。

一种水溶剂体系制备多种金属有机骨架的方法，包括如下步骤：

(1)均苯三甲酸在水中的溶解

称取0.2143-0.8571g均苯三甲酸加入20-100ml去离子水中，油浴加热搅拌，直至均苯三甲酸在水中的完全溶解，油浴加热温度为60-150℃，时间为3-30min；

(2)金属有机骨架材料的制备

称取0.2441-1.7544g金属盐溶于20-100ml去离子水中，然后将其加入步骤(1)中溶解有均苯三甲酸的水溶液中，油浴加热搅拌，其中油浴加热温度为60-150℃，搅拌时间10s-60min，然后取出用乙醇和去离子水交替离心清洗，烘箱干燥，即得到金属有机骨架材料。

所述步骤(2)中金属盐包括乙酸锰、硝酸铈、乙酸镍、乙酸钴、硝酸铜等其它金属盐。

通过本发明提供的水溶剂体系制备多种金属有机骨架的方法，可得到多种金属有机骨架，以下通过五个实施例，分别描述通过五种不同金属盐分别得到五种不同金属有机骨架材料，其中五种不同金属盐分别为乙酸锰、硝酸铈、乙酸镍、乙酸钴、硝酸铜，所相应得到的不同金属有机骨架材料分别是Mn-BTC，Ce-BTC，Ni-BTC，Co-BTC，HKUST-1。

实施例1

(1)均苯三甲酸在水中的溶解

称取0.4286g均苯三甲酸加入50mL的去离子水中，油浴80℃加热搅拌，直至均苯三甲酸在水中的全部溶解；

(2)Mn-BTC的制备

称取0.4951g乙酸锰溶于50mL去离子水中，然后将其加入溶解有均苯三甲酸的水溶液中，80℃加热搅拌30min，然后取出用乙醇和去离子水交替离心清洗，其中离心转速3500rpm，离心时间3min，重复6次，80℃烘箱干燥12h，即得到Mn-BTC。

实施例2

(1)均苯三甲酸在水中的溶解

称取0.4286g均苯三甲酸加入50mL的去离子水中，油浴80℃加热搅拌，直至均苯三甲酸在水中的全部溶解；

(2)Ce-BTC的制备

称取0.8772g硝酸铈溶于50mL去离子水中，然后将其加入溶解有均苯三甲酸的水溶液中，80℃加热搅拌20s，取出用乙醇和去离子水交替离心清洗，其中离心转速3500rpm，离心时间3min，重复6次，80℃烘箱干燥12h，即得到Ce-BTC。

实施例3

(1)均苯三甲酸在水中的溶解

称取0.4286g均苯三甲酸加入50mL的去离子水中，油浴80℃加热搅拌，直至均苯三甲酸在水中的全部溶解；

(2)Ni-BTC的制备

称取0.5078g乙酸镍溶于50mL去离子水中，然后将其加入溶解有均苯三甲酸的水溶液中，80℃加热搅拌40min，取出用乙醇和去离子水交替离心清洗，其中离心转速3500rpm，离心时间3min，重复6次，80℃烘箱干燥12h，即得到Ni-BTC。

实施例4

(1)均苯三甲酸在水中的溶解

称取0.4286g均苯三甲酸加入50mL的去离子水中，油浴80℃加热搅拌，直至均苯三甲酸在水中的全部溶解；

(2)Co-BTC的制备

称取0.5007g乙酸钴溶于50mL去离子水中，然后将其加入溶解有均苯三甲酸的水溶液中，80℃加热搅拌30min，取出用乙醇和去离子水交替离心清洗，其中离心转速3500rpm，离心时间3min，重复6次，80℃烘箱干燥12h，即得到Co-BTC。

实施例5

(1)均苯三甲酸在水中的溶解

称取0.4286g均苯三甲酸加入50mL的去离子水中，油浴80℃加热搅拌，直至均苯三甲酸在水中的全部溶解；

(2)HKUST-1的制备

称取0.4881g硝酸铜溶于50mL去离子水中，然后将其加入溶解有均苯三甲酸的水溶液中，80℃加热搅拌3min，取出用乙醇和去离子水交替离心清洗，其中离心转速3500rpm，离心时间3min，重复6次，80℃烘箱干燥12h，即得到HKUST-1。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定，任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。