CN109456493B - 一种{110}面裸露的In基MOF十二面体微米材料的合成方法 - Google Patents

一种{110}面裸露的In基MOF十二面体微米材料的合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种{110}面裸露的In基MOF十二面体微米材料的合成方法，取四水合硝酸铟和咪唑‑4,5‑二羧酸溶解于N,N‑二甲基甲酰胺溶液中,在上述溶液中加入苯并咪唑，搅拌均匀，将上述混合溶液转移至圆底烧瓶中，加热至所需温度和所需反应时间,通过离心分离收集产物，然后用工业酒精将产物洗涤数次，即可得到尺寸形貌均匀的铟基MOF。本发明通过添加一种含氮的调节剂（苯并咪唑）实现In基MOFs尺寸的调控，颗粒尺寸缩小约100倍。

Description

一种{110}面裸露的In基MOF十二面体微米材料的合成方法
技术领域
本发明涉及使用一种{110}面裸露的In基MOF十二面体微米材料的合成方法，属于料的制备技术。
背景技术
金属-有机框架(MOFs)材料是通过无机金属离子与有机配体自组装形成的一类新型的有机-无机杂化材料。与传统无机多孔材料相比，它具有更高的比表面积、孔隙率以及规则的孔道，且其结构与性质易于调控。具有高指数晶面裸露的金属氧化物纳米材料的表面存在许多活性位点(如未饱和的悬挂键、台阶位等)，在气敏、光催化、光解水产氢等方面有广泛应用。降低MOFs材料尺寸以及控制其形貌将进一步提高MOFs材料的性能。而相比较金属氧化物和贵金属，MOFs材料的尺寸和形貌控制的研究相对较少。本发明在合成In基MOFs的过程中，引入一个调节剂（苯并咪唑）可以实现其MOFs尺寸和形貌的控制。目前在合成In基MOFs过程中，引入调节剂（苯并咪唑）实现其其尺寸和形貌控制的研究还未见报道。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种简单的合成尺寸较小，形貌均一具有{110}面裸露的十二面体In基MOFs的方法。
包括以下步骤：
取四水合硝酸铟和咪唑-4,5-二羧酸溶解于N,N-二甲基甲酰胺溶液中,在上述溶液中加入苯并咪唑，搅拌均匀，将上述混合溶液转移至圆底烧瓶中，加热至所需温度和所需反应时间。通过离心分离收集产物，然后用工业酒精将产物洗涤数次，即可得到尺寸形貌均匀的铟基MOF。
本发明通过添加一种含氮的调节剂（苯并咪唑）实现In基MOFs尺寸的调控，颗粒尺寸缩小约100倍，通过一步简单的水热反应，合成具有{110}面裸露的尺寸，形貌均一的In基MOF。
附图说明
图1 (a)产物的X射线粉末衍射图 (XRD)；(b)产物的扫描电镜图 (SEM)。
图2 (a)产物模型图；(b)产物尺寸统计图。
图3 不同的反应时间产物的扫描电镜图 (SEM)。
图4 不同的反应温度得到的产物扫描电镜图 (SEM)。
图5 改变调节剂（苯并咪唑）的量得到的产物扫描电镜图 (SEM)。。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种简单的合成尺寸较小，形貌均一具有{110}面裸露的十二面体In基MOFs的方法。
包括以下步骤：
取四水合硝酸铟（0.01-0.3g）和咪唑-4,5-二羧酸（0.015-0.03g）溶解于N,N-二甲基甲酰胺（5-10ml）溶液中,在上述溶液中加入苯并咪唑（0.1-0.2g），搅拌均匀，将上述混合溶液转移至圆底烧瓶中，加热至所需温度和所需反应时间。通过离心分离收集产物，然后用工业酒精将产物洗涤数次，即可得到尺寸形貌均匀的铟基MOF。
更为具体的，
一种{110}面裸露的十二面体铟MOF的合成方法（其大小介于0.5-2.0 µm）：所属制备方法包括以下步骤，取四水合硝酸铟（0.01-0.3g）和咪唑-4,5-二羧酸（0.015-0.03g）溶解于N,N-二甲基甲酰胺（5-10ml）溶液中,在上述溶液中加入苯并咪唑（0.1-0.2g），搅拌均匀，将上述混合溶液转移至圆底烧瓶中，加热至120-150℃，反应时间2-8h。通过离心分离收集产物，然后用工业酒精将产物洗涤数次。本发明的实验反应时间在2h-8h范围内均可得到大小均匀的十二面体In基MOF。。
取四水合硝酸铟（0.015g）和咪唑-4,5-二羧酸（0.021g）溶解于N,N-二甲基甲酰胺（6ml）溶液中,在上述溶液中加入苯并咪唑（0.1g），搅拌均匀，将上述混合溶液转移至圆底烧瓶中，加热至120℃，反应时间4h。通过离心分离收集产物，然后用工业酒精将产物洗涤数次。
图1 (a)产物的X射线粉末衍射图 (XRD)；(b)产物的扫描电镜图 (SEM)。
图1为在上述实验条件下所得的产物的XRD(图1a)和扫描电镜图（图1b）。XRD图表明所得产物为In基MOF，扫描电镜图表明所得产物为十二面体的微米颗粒，表明十二面体微米颗粒的尺寸比较均匀。
图2 (a)产物模型图；(b)产物尺寸统计图。
图2为根据上述产物从不同的方向构筑的模型图（图2a）和产物尺寸统计图（图2b）。从模型图中可以看出是{110}晶面裸露的十二面体，尺寸统计图表明十二面体微米颗粒的尺寸大多为1.3-1.6μm,尺寸较均匀。
图3制备方法如下：取四水合硝酸铟（0.015g）和咪唑-4,5-二羧酸（0.021g）溶解于N,N-二甲基甲酰胺（6ml）溶液中,在上述溶液中加入苯并咪唑（0.1g），搅拌均匀，将上述混合溶液转移至圆底烧瓶中，加热至120℃，反应时间为2-8h。通过离心分离收集产物，然后用工业酒精将产物洗涤数次。不同的反应时间产物的扫描电镜图 (SEM)。
反应时间为2h产物的扫描电镜图（图3a）；反应时间为4h产物的扫描电镜图（图3b）；反应时间为6h产物的扫描电镜图（图3c）；反应时间为8h产物的扫描电镜图（图3d）.通过以上不同反应时间得到的产物扫描电镜图，表明本发明的实验反应时间在2h-8h范围内均可得到大小均匀的十二面体In基MOFs。
.本发明的实验反应温度在120℃-150℃范围内均可得到大小均匀的十二面体In基MOF。
图4条件如下：取四水合硝酸铟（0.015g）和咪唑-4,5-二羧酸（0.021g）溶解于N,N-二甲基甲酰胺（6ml）溶液中,在上述溶液中加入苯并咪唑（0.1g），搅拌均匀，将上述混合溶液转移至圆底烧瓶中，加热至120-150℃，反应时间为4h。通过离心分离收集产物，然后用工业酒精将产物洗涤数次。不同的反应温度得到的产物扫描电镜图 (SEM)，不同的反应温度得到的产物扫描电镜图 (SEM)。
反应温度为120℃产物的扫描电镜图（图4a）；反应温度为150℃产物的扫描电镜图（图4b）。通过以上不同反应温度得到的产物扫描电镜图，表明本发明的实验反应温度在120℃-150℃范围内均可得到大小均匀的十二面体In基MOF。
本发明调节剂（苯并咪唑）的量在0.1-0.2g范围内。
图5 改变调节剂（苯并咪唑）的量得到的产物扫描电镜图 (SEM)。
苯并咪唑的量为0.1g得到的产物的扫描电镜图（图5a）；苯并咪唑的量为0.2g得到的产物的扫描电镜图（图5b）。通过以上改变调节剂（苯并咪唑)的量得到的产物扫描电镜图，表明本发明的调节剂（苯并咪唑）的量在0.1-0.2g范围内均可得到大小均匀的十二面体In基MOFs。
本发明通过添加一种含氮的调节剂（苯并咪唑）实现In基MOFs尺寸的调控，颗粒尺寸缩小约100倍。通过一步简单的水热反应，合成具有{110}面裸露的尺寸，形貌均一的In基MOF。

Claims (1)

1.一种{110}面裸露的十二面体铟MOF的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：取0.01-0.3g四水合硝酸铟和0.015-0.03g咪唑-4,5-二羧酸溶解于5-10ml N,N-二甲基甲酰胺溶液中,在上述溶液中加入0.1-0.2g苯并咪唑，搅拌均匀，将上述混合溶液转移至圆底烧瓶中，加热至120-150℃，反应时间2-8h，通过离心分离收集产物，然后用工业酒精将产物洗涤数次，可得到大小均匀的十二面体In基MOF。
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