本發明涉及雙金屬mofs材料合成,特別是一種介孔結構的雙金屬mofs材料及其高效合成和篩選方法。
背景技術:
1、雙金屬mofs材料因結合了兩種不同金屬離子的性質,在多個領域具有廣泛應用。它們可以作為高效催化劑促進化學反應,利用其高孔隙率和大比表面積進行氣體儲存與分離,同時在電化學領域展現出優異的性能,還可用于能源轉換和環境修復項目,從而推動了可持續發展和環境保護的進程。同時介孔結構材料同樣具有巨大的比表面積,且具有其他多孔材料所不具有的優異特性,因而介孔結構的雙金屬mofs材料具有極大的開發前景。雙金屬mofs的傳統合成方法主要包括溶劑熱法、共沉淀法和后合成修飾法等。這些方法通常需要進行長時間反應,因此存在能源消耗大、生產效率低等問題。
技術實現思路
1、發明目的:為了克服現有技術中存在的不足,本發明提供一種介孔結構的雙金屬mofs材料及其高效合成和篩選方法,可在室溫下反應合成具有更優介孔結構的雙金屬mofs材料,提高材料的產率、穩定性以及優異性能。
2、技術方案:為實現上述目的,本發明的一種介孔結構的雙金屬mofs材料及其高效合成和篩選方法,以硫酸氧釩和硝酸鐵水合物為兩種金屬中心離子源,以均苯三甲酸為配體材料制備而成;所述雙金屬mofs材料中部分fe3+被v4+取代造成配位缺失,在內部形成有介孔。且其制備過程在室溫下進行,不僅可以降低能源消耗,簡化生產流程,還能提高材料的產率和純度。所述雙金屬mofs材料的合成和篩選方法,包括以下步驟:
3、步驟ⅰ,將1,3,5-均苯三甲酸溶解于混合溶劑一中制得溶液a,所述混合溶劑一為乙醇和dmf的混合溶劑;
4、步驟ⅱ,將金屬鹽一和金屬鹽二溶解在水中,并加入一定量的氟化銨,形成凝膠b;所述金屬鹽一為fe(no3)3·9h2o,所述金屬鹽二為voso4、cr(no3)3·9h2o、al(no3)3·9h2o三者中的一種,相對應的形成凝膠b1、凝膠b2、凝膠b3;
5、步驟ⅲ,將溶液a分別與凝膠b1、凝膠b2、凝膠b3混合,并攪拌一定時間后分別形成凝膠c1、凝膠c2、凝膠c3;
6、步驟ⅳ,將凝膠c1、凝膠c2、凝膠c3均離心分離,再用乙醇進行洗滌,然后在二氯甲烷中浸泡多次;
7、步驟ⅴ,將步驟ⅳ中所得的三種產物先干燥,再活化,分別得到粉末d1、粉末d2、粉末d3;
8、步驟ⅵ,通過對比粉末d1、粉末d2、粉末d3和mil-100(fe)四者的xrd對比圖,用于判斷粉末d1、粉末d2、粉末d3的雙金屬有機框架結構是否制備成型;
9、步驟ⅶ,將粉末d1、粉末d2、粉末d3進行氮氣吸附性試驗,通過對比三者的氮氣吸附等溫線,篩選出具有介孔結構的所述雙金屬mofs材料。
10、進一步地,步驟ⅰ中,所述溶液a中1,3,5-均苯三甲酸的濃度為0.0156g/ml;步驟ⅱ中,所述凝膠b中fe(no3)3·9h2o的濃度為0.072g/ml,fe(no3)3·9h2o與金屬鹽二的摩爾比為1:1或者0.5:1,加入氟化銨的含量為5%-15%;步驟ⅲ中,在室溫下進行混合,并攪拌24-72小時形成凝膠c。
11、進一步地,步驟ⅳ中,離心分離后,在室溫下用乙醇洗滌1小時,然后在二氯甲烷中浸泡兩次。
12、進一步地,步驟ⅴ中,在70℃下干燥24小時,再在150℃下活化24小時。
13、進一步地,步驟ⅱ中,所述金屬鹽二為voso4時,將0.72g,1.8mmol的fe(no3)3·9h2o和0.29g,1.8mmol的voso4溶解在10ml水中,并加入0.0125g的氟化銨制得所述凝膠b1;步驟ⅲ中,將溶液a和凝膠b1混合攪拌24小時形成所述凝膠c1,最終制得的所述粉末d1為10%f-mil-100(fe,v)。
14、進一步地,步驟ⅱ中,所述金屬鹽二為cr(no3)3·9h2o時,將0.72g,1.8mmol的fe(no3)3·9h2o和0.72g,1.8mmol的cr(no3)3·9h2o溶解在10ml水中,并加入0.025g的氟化銨制得所述凝膠b2;步驟ⅲ中,將溶液a和凝膠b2混合攪拌72小時形成所述凝膠c2,最終制得所述粉末d2為10%f-mil-100(fe,cr)。
15、進一步地,步驟ⅱ中,所述金屬鹽二為al(no3)3·9h2o時,將0.72g,1.8mmol的fe(no3)3·9h2o和0.68g,1.8mmol的al(no3)3·9h2o溶解在10ml水中,并加入0.025g的氟化銨制得所述凝膠b3;步驟ⅲ中,將溶液a和凝膠b3混合攪拌72小時形成所述凝膠c3,最終制得的所述粉末d3為10%f-mil-100(fe,al)。
16、有益效果:本發明的一種介孔結構的雙金屬mofs材料及其高效合成和篩選方法,以硝酸鐵水合物為第一種金屬中心離子源,以v、cr、al三種金屬的金屬鹽分別作為第二種金屬中心離子源,以均苯三甲酸為配體材料制備形成三種不同的樣品材料,通過對比篩選,獲得比表面積更大,具有介孔結構且孔徑更大的雙金屬mofs材料為10%f-mil-100(fe,v),制備過程在室溫下進行,降低能源消耗,提高材料的產率、純度,所得的雙金屬mofs材料穩定性和優異性能更高。
1.一種介孔結構的雙金屬mofs材料及其高效合成和篩選方法,其特征在于:以硫酸氧釩和硝酸鐵水合物為兩種金屬中心離子源,以均苯三甲酸為配體材料制備而成;所述雙金屬mofs材料中部分fe3+被v4+取代造成配位缺失,在內部形成有介孔;所述雙金屬mofs材料的合成和篩選方法,包括以下步驟:
2.根據權利要求1所述的一種介孔結構的雙金屬mofs材料及其高效合成和篩選方法,其特征在于:步驟ⅰ中,所述溶液a中1,3,5-均苯三甲酸的濃度為0.0156g/ml;步驟ⅱ中,所述凝膠b中fe(no3)3·9h2o的濃度為0.072g/ml,fe(no3)3·9h2o與金屬鹽二的摩爾比為1:1或者0.5:1,加入氟化銨的含量為5%-15%;步驟ⅲ中,在室溫下進行混合,并攪拌24-72小時形成凝膠c。
3.根據權利要求2所述的一種介孔結構的雙金屬mofs材料及其高效合成和篩選方法,其特征在于:步驟ⅳ中,離心分離后,在室溫下用乙醇洗滌1小時,然后在二氯甲烷中浸泡兩次。
4.根據權利要求3所述的一種介孔結構的雙金屬mofs材料及其高效合成和篩選方法,其特征在于:步驟ⅴ中,在70℃下干燥24小時,再在150℃下活化24小時。
5.根據權利要求4所述的一種介孔結構的雙金屬mofs材料及其高效合成和篩選方法,其特征在于:步驟ⅱ中,所述金屬鹽二為voso4時,將0.72g,1.8mmol的fe(no3)3·9h2o和0.29g,1.8mmol的voso4溶解在10ml水中,并加入0.0125g的氟化銨制得所述凝膠b1;步驟ⅲ中,將溶液a和凝膠b1混合攪拌24小時形成所述凝膠c1,最終制得的所述粉末d1為10%f-mil-100(fe,v)。
6.根據權利要求5所述的一種介孔結構的雙金屬mofs材料及其高效合成和篩選方法,其特征在于:步驟ⅱ中,所述金屬鹽二為cr(no3)3·9h2o時,將0.72g,1.8mmol的fe(no3)3·9h2o和0.72g,1.8mmol的cr(no3)3·9h2o溶解在10ml水中,并加入0.025g的氟化銨制得所述凝膠b2;步驟ⅲ中,將溶液a和凝膠b2混合攪拌72小時形成所述凝膠c2,最終制得所述粉末d2為10%f-mil-100(fe,cr)。
7.根據權利要求6所述的一種介孔結構的雙金屬mofs材料及其高效合成和篩選方法,其特征在于:步驟ⅱ中,所述金屬鹽二為al(no3)3·9h2o時,將0.72g,1.8mmol的fe(no3)3·9h2o和0.68g,1.8mmol的al(no3)3·9h2o溶解在10ml水中,并加入0.025g的氟化銨制得所述凝膠b3;步驟ⅲ中,將溶液a和凝膠b3混合攪拌72小時形成所述凝膠c3,最終制得的所述粉末d3為10%f-mil-100(fe,al)。