一种三维多孔材料的构建方法
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202411146088.8 | 申请日 | 2024-08-20 |
| 公开(公告)号 | CN119039599A | 公开(公告)日 | 2024-11-29 |
| 申请人 | 安徽科技学院; | 申请人类型 | 学校 |
| 发明人 | 陈俊明; 白磊; 雷心悦; 王义德; 桂忠庆; 程之仪; 王桂玲; 姚悦; 刘有; 汪徐春; | 第一发明人 | 陈俊明 |
| 权利人 | 安徽科技学院 | 权利人类型 | 学校 |
| 当前权利人 | 安徽科技学院 | 当前权利人类型 | 学校 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：安徽省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：安徽省滁州市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：安徽省滁州市凤阳县东华路9号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：233100 |
| 主IPC国际分类 | C08G83/00 | 所有IPC国际分类 | C08G83/00 ; C08K7/24 ; C08J9/00 ; C08L87/00 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 1 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 蚌埠鼎力专利商标事务所有限公司 | 专利代理人 | 王琪; 徐善民; |
| 摘要 | 一种三维多孔材料的构建方法，包括以下步骤：MOF 晶体结构 尺寸调控：按比例准备金属中心和有机配体，然后在较为缓和的反应条件下缓慢控制MOF晶体达到预定尺寸；三维多孔通道构建供S2‑离子。然后将上述：首先分别配制不同浓度梯度的MOF溶于一定由 乙醇 和去离子 水 组成的Na2S溶液用以提混合溶液中保证充分分散液中。反应 温度 控制为90℃。，最后将通过调控反应时间和Na2S溶液加入到上述S2‑浓度来控MOF溶制MOF中孔径大小。本方法具有很好的孔径可控性，通过调控阴离子交换速率及交换比例可以调控材料的孔隙率及孔径大小。 | ||
| 权利要求 | 1.一种三维多孔材料的构建方法，其特征在于，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种三维多孔材料的构建方法技术领域[0001] 本发明涉及一种三维多孔材料的构建方法。 背景技术[0002] 三维多孔结构具有高比表面积、低质量密度、优良机械性能和可调吸附特性等特定被广泛应用于气体存储、催化和电池电极材料等领域，优异的理化性能使其备受研究者关注。但是，目前大多多孔材料的构建主要采用高温退火处理参见中国专利CN109686914A，例如多孔碳，和强酸强碱刻蚀法等。这些制备方式不仅对反应条件提出较高的要求(强酸强碱和高温)，而且还造成一定的安全性问题。 发明内容[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种三维多孔材料的构建方法，其具有很好的孔径可控性，通过调控阴离子交换速率及交换比例可以有目的的调控材料的孔隙率及孔径大小。 [0004] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种三维多孔材料的构建方法，包括以下步骤： [0005] (1)PBA‑MOF构建： [0006] 分别称取0.44g Ni(NO3)2·6H20、0.44g NH4F和0.9g CO(NH2)2于100mL烧杯中，加入60mL去离子水在室温条件下搅拌10min，保证药品充分混合溶解，然后将溶液移入100mL反应釜中并放入未经处理的泡沫镍，调整角度保证泡沫镍以最大面积接触溶液，将反应釜放入鼓风干燥箱中，在90℃条件下反应6h，待冷却后收集产物并清洗，然后在60℃下真空干燥6h，得到前驱体；称取0.189g K3[Fe(CN)6]溶于60mL去离子水中，充分搅拌10min并移入反应釜中，放入上述前驱体泡沫镍，在90℃下反应24h，收集产物并清洗，再将其移入真空干燥箱中在60℃下干燥6h，得到所需的产物PBA‑MOF； [0007] (2)三维多孔PBA‑S材料构建 [0008] 称取0.1～0.3g Na2S溶于60mL去离子水中，将步骤(1)制备的PBA‑MOF样品置于反应釜中90℃水浴加热8h，然后60℃真空干燥6h，得到三维多孔PBA‑S材料。 [0009] 为简单说明问题起见，以下对本发明所述的一种三维多孔材料的构建方法均简称为本方法。 [0010] 本方法的机理： [0011] 本方法通过小分子阴离子(S2‑)与PBA‑MOF结构中大的阴离子配位基团之间的交换2‑ 反应速率和离子半径差来实现多孔通道构建。在这之中，因为S 较强的电负性使其更加容 2‑ 易将MOF中相对较弱的配位键打断，从而完成阴离子交换反应。在交换过程中因为S 和配位基团离子半径差较大使得MOF中易于形成较大的离子交换通道，从而形成三维多孔结构。 [0012] 具体操作为： [0013] 第一：具有一定晶体尺寸MOF构建 [0014] 构建具有一定晶体尺寸的MOF对后续三维多孔材料的结构性能至关重要。因此制备过程中对金属中心和有机配体比例须达到一定比例，然后在较为缓和的反应条件下缓慢控制MOF晶体形成尺寸。 [0015] 第二：三维多孔通道构建 [0016] 首先分别配制不同浓度梯度的Na2S溶液用以提供S2‑离子。然后将上述MOF溶于一定由乙醇和去离子水组成的混合溶液中保证充分分散。最后将Na2S溶液加入到上述MOF溶2‑ 液中。反应在高压反应釜中进行，反应温度控制为90℃，通过调控反应时间和S 浓度来控制MOF中孔径大小。 [0017] 本发明的优点：本方法所采用的溶剂热阴离子交换法不仅不需要高温和强腐蚀性2‑ 环境，而且反应过程具有很好的可控性。通过适当的调控S 浓度和反应时间可以有目的的构建一定孔径大小的三维多孔材料。因为不需要高温和强腐蚀性反应条件，温和的溶剂热环境使得阴离子交换反应缓慢进行，这使得通过适当调控S2‑浓度和反应条件可以有效控制材料孔径大小和空隙率，这对保持材料自身结构稳定性至关重要。 附图说明 [0018] 图1是验证实验中，PBA‑MOF、PBA‑S‑0.1、PBA‑S‑0.2、PBA‑S‑0.3的SEM照片。 具体实施方式[0019] 实施例一： [0020] (1)PBA‑MOF构建： [0021] 分别称取0.44g Ni(NO3)2·6H20、0.44g NH4F和0.9g CO(NH2)2于100mL烧杯中，加入60mL去离子水在室温条件下搅拌10min，保证药品充分混合溶解，然后将溶液移入100mL反应釜中并放入未经处理的泡沫镍，调整角度保证泡沫镍以最大面积接触溶液，将反应釜放入鼓风干燥箱中，在90℃条件下反应6h，待冷却后收集产物并清洗，然后在60℃下真空干燥6h，得到前驱体；称取0.189g K3[Fe(CN)6]溶于60mL去离子水中，充分搅拌10min并移入反应釜中，放入上述前驱体泡沫镍，在90℃下反应24h，收集产物并清洗，再将其移入真空干燥箱中在60℃下干燥6h，得到所需的产物PBA‑MOF； [0022] (2)三维多孔PBA‑S材料构建 [0023] 称取0.1g Na2S溶于60mL去离子水中，将步骤(1)制备的PBA‑MOF样品置于反应釜中90℃水浴加热8h，然后60℃真空干燥6h，得到三维多孔PBA‑S材料，命名为PBA‑S‑0.1。 [0024] 实施例二： [0025] (1)PBA‑MOF构建： [0026] 分别称取0.44g Ni(NO3)2·6H20、0.44g NH4F和0.9g CO(NH2)2于100mL烧杯中，加入60mL去离子水在室温条件下搅拌10min，保证药品充分混合溶解，然后将溶液移入100mL反应釜中并放入未经处理的泡沫镍，调整角度保证泡沫镍以最大面积接触溶液，将反应釜放入鼓风干燥箱中，在90℃条件下反应6h，待冷却后收集产物并清洗，然后在60℃下真空干燥6h，得到前驱体；称取0.189g K3[Fe(CN)6]溶于60mL去离子水中，充分搅拌10min并移入反应釜中，放入上述前驱体泡沫镍，在90℃下反应24h，收集产物并清洗，再将其移入真空干燥箱中在60℃下干燥6h，得到所需的产物PBA‑MOF； [0027] (2)三维多孔PBA‑S材料构建 [0028] 称取0.2g Na2S溶于60mL去离子水中，将步骤(1)制备的PBA‑MOF样品置于反应釜中90℃水浴加热8h，然后60℃真空干燥6h，得到三维多孔PBA‑S材料，命名为PBA‑S‑0.2。 [0029] 实施例三： [0030] (1)PBA‑MOF构建： [0031] 分别称取0.44g Ni(NO3)2·6H20、0.44g NH4F和0.9g CO(NH2)2于100mL烧杯中，加入60mL去离子水在室温条件下搅拌10min，保证药品充分混合溶解，然后将溶液移入100mL反应釜中并放入未经处理的泡沫镍，调整角度保证泡沫镍以最大面积接触溶液，将反应釜放入鼓风干燥箱中，在90℃条件下反应6h，待冷却后收集产物并清洗，然后在60℃下真空干燥6h，得到前驱体；称取0.189g K3[Fe(CN)6]溶于60mL去离子水中，充分搅拌10min并移入反应釜中，放入上述前驱体泡沫镍，在90℃下反应24h，收集产物并清洗，再将其移入真空干燥箱中在60℃下干燥6h，得到所需的产物PBA‑MOF； [0032] (2)三维多孔PBA‑S材料构建 [0033] 称取0.3g Na2S溶于60mL去离子水中，将步骤(1)制备的PBA‑MOF样品置于反应釜中90℃水浴加热8h，然后60℃真空干燥6h，得到三维多孔PBA‑S材料，命名为PBA‑S‑0.3。 [0034] 验证实验： [0035] 对上述三个实施例中第一步反应制得的PBA‑MOF、以及三维多孔PBA‑S材料PBA‑S‑0.1、PBA‑S‑0.2、PBA‑S‑0.3进行扫描电镜观察，参见图1，分析可知，采用本方法构建多孔材料具有很好的可行性，不同交换浓度下得到的材料三维结构呈现规律性和可控性。 |
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