CN109824060B - 一种富氨凹面普鲁士蓝材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种种富氨凹面普鲁士蓝材料及制备方法，通过水热法，以铁氰化钾(K3[Fe(CN)6])为原料，氟化盐作为结构导向剂，在无有机添加剂的条件下，一步法合成出六个面层层下凹的具有分级结构的富氨普鲁士蓝材料(Kx(NH4)yFe[Fe(CN)6])。本发明的特点在于，反应时间短，制备工艺简单，即通过一步法就可以得到具有凹面结构且晶格内嵌入大量氨的普鲁士蓝材料的产物，产物具有很高的结晶度，且纯度较高，形貌和尺寸非常规整。

Description

一种富氨凹面普鲁士蓝材料及制备方法
技术领域
本发明属于普鲁士蓝材料及制备方法，涉及一种富氨凹面普鲁士蓝材料及制备方法。
背景技术
凹面结构纳米材料，顾名思义即为晶体形状偏离凸多面体(如立方块、八面体、十二面体等等)的非凸结构纳米材料。凹面结构的纳米材料因为具有负的曲率，且在表面具有高密度的原子台阶和扭结原子，相对较高的比表面积，从而在很多反应过程中表现出非常高的反应活性，进而在多相催化、能量转换、气体传感、光学传感等方面引起强烈关注(CrystEngComm,2016,18,1752–1759；Chemical Society Reviews,2011,40,4167–4185)。
然而当晶体表面能过高时，该类结构在热动力学上是非常不稳定的，会在晶体的生长过程中就会消失，因此制备出具有高指数晶面的晶体还是非常有挑战的。与此同时，国内外关于过渡族元素的凹面结构材料的报道非常少，该类材料的制备工艺仍处于萌芽阶段(Nanoscale,2014,6,7199–7203；Journal of America Chemical Society,2011,133,6078–6089)。同时富氨类型金属有机骨架材料本身就可作为一种很好的电极材料，同时还可用于制备氮掺杂金属氧化物或金属碳化物，因此提供一种富氨凹面普鲁士蓝材料的制备方法是非常有意义的。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种富氨凹面普鲁士蓝材料及制备方法。所要解决的问题是提供一种快速制备高结晶度，具有凹面结构且富氨的普鲁士蓝材料的方法。针对目前有关过渡族元素凹面结构材料制备的报道非常少，且制备出的凹面结构形貌并不是非常显著。本发明通过水热法，简单便捷，可短时间内制备出大规模形貌和尺寸统一，凹面结构非常显著的富氨普鲁士蓝材料。
技术方案
一种富氨凹面普鲁士蓝材料，其特征在于：以铁氰化钾K3[Fe(CN)6]为原料，氟化盐作为结构导向剂，合成出六个面层层下凹的具有分级结构的富氨普鲁士蓝材料为Kx(NH4)yFe[Fe(CN)6]；其中：0﹤x﹤2,0﹤y﹤2。
所述氟化盐为氟化锂LiF，氟化钠NaF或氟化钾KF中的一种或多种。
一种所述富氨凹面普鲁士蓝材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：室温下，将4.61～18.4374g的K3[Fe(CN)6]溶解于70ml去离子水中；
步骤2：在持续搅拌下，按照反应物中Fe3+:F-的摩尔比1︰0.2～2向溶液中加入氟化盐，并持续搅拌至氟化盐添加剂完全溶解；
步骤3：将溶液转移至反应釜中，在140～220℃温度下水热3～24小时；
步骤4：离心处理水热后的反应液，并用去离子水洗涤，并于60～120℃内烘干，得到富氨凹面普鲁士蓝材料；
所述各物质的用量为每份的用量。
所述氟化盐为氟化锂LiF，氟化钠NaF或氟化钾KF中的一种或多种。
有益效果
本发明提出的一种富氨凹面普鲁士蓝材料及制备方法，通过水热法，以铁氰化钾(K3[Fe(CN)6])为原料，氟化盐作为结构导向剂，在无有机添加剂的条件下，一步法合成出六个面层层下凹的具有分级结构的富氨普鲁士蓝材料(Kx(NH4)yFe[Fe(CN)6])。本发明的特点在于，反应时间短，制备工艺简单，即通过一步法就可以得到具有凹面结构且晶格内嵌入大量氨的普鲁士蓝材料的产物，产物具有很高的结晶度，且纯度较高，形貌和尺寸非常规整。
本发明提出一种简单便捷、可短时间内制备出大规模形貌和尺寸统一、单分散性良好、凹面结构非常显著的富氨凹面普鲁士蓝材料的方法。本发明的特点在于，制备工艺简单、成本低廉、产量大，且得到的产物结晶度高，具备良好的分散性，无团聚现象，尺寸统一，形貌规整。
通过本发明所提通的方法，可大规模制备形貌统一且凹面结构非常显著的凹面氰化铁材料和凹面氧化铁材料。而关于制备大规模具备该类形貌的材料的制备方法，还未见报道。
附图说明
图1：根据本发明所制备的凹面富氨普鲁士蓝材料的扫描电镜图；
图2：根据本发明所制备的凹面富氨普鲁士蓝材料的红外吸收数据图；
图3：根据本发明所制备的凹面富氨普鲁士蓝材料的XRD数据图；
图4：根据本发明所制备的凹面富氨普鲁士蓝材料的扫描电镜图；
图5：根据本发明所制备的凹面富氨普鲁士蓝材料的扫描电镜图；
图6：根据本发明所制备的凹面富氨普鲁士蓝材料的扫描电镜图。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
实施例一
本例以K3Fe(CN)6和NaF为原料，按摩尔比Fe:F为1:1.5进行配料，采用水热法制备羟基磷酸铁。具体如下：称量13.17g的K3Fe(CN)6溶于少量去离子水中，然后再加入2.519g的NaF，持续搅拌直至NaF完全溶解，再加入适量去离子水，使得整个溶液体积为100ml。将所制得的溶液转移至聚四氟乙烯內衬中，于200℃下水热6h。之后将其离心、洗涤并在80℃下烘干6h后得到最终产物氰化铁材料。
所制备的氰化铁形貌如图1所示，从图中我们可以观察出，该温度下制备的产物形貌非常规整且统一，均为六个面层层下凹的立方块，而且尺寸统一性与分散性都良好。从图2中我们可以发现产物中含有大量的氨的红外特征峰，证明了材料属于富氨结构，且根据图3中的XRD分析结果，我们可以得知，产物主要晶体成分为Fe2(CN)5·H2O。
实施例二
本例以K3Fe(CN)6和NaF为原料，按摩尔比Fe:F为1:0.5进行配料，采用水热法制备羟基磷酸铁。具体如下：称量13.17g的K3Fe(CN)6溶于少量去离子水中，然后再加入0.84g的NaF，持续搅拌直至NaF完全溶解，再加入适量去离子水，使得整个溶液体积为100ml。将所制得的溶液转移至聚四氟乙烯內衬中，于200℃下水热6h。之后将其离心、洗涤并在80℃下烘干6h后得到最终产物氰化铁材料。
所制备的氰化铁形貌如图3所示，从图中我们可以观察出，该温度下制备的产物形貌非常规整且统一，均为六个面层层下凹的立方块，而且尺寸统一性与分散性都良好。
实施例三
本例以K3Fe(CN)6和NaF为原料，按摩尔比Fe:F为1:4进行配料，采用水热法制备羟基磷酸铁。具体如下：称量6.585g的K3Fe(CN)6溶于少量去离子水中，然后再加入3.359g的NaF，持续搅拌直至NaF完全溶解，再加入适量去离子水，使得整个溶液体积为100ml。将所制得的溶液转移至聚四氟乙烯內衬中，于180℃下水热6h。之后将其离心、洗涤并在80℃下烘干6h后得到最终产物氰化铁材料。
从图3中，我们可以看出，产物的主要形貌还是以凹面氰化铁材料为主，但是其中还有部分其他形貌的产物。
实施例四
本例以K3Fe(CN)6和KF为原料，按摩尔比Fe:F为1:2进行配料，采用水热法制备羟基磷酸铁。具体如下：称量6.585g的K3Fe(CN)6溶于少量去离子水中，然后再加入3.359g的KF，持续搅拌直至KF完全溶解，再加入适量去离子水，使得整个溶液体积为100ml。将所制得的溶液转移至聚四氟乙烯衬中，于140℃下水热24h。之后将其离心、洗涤并在80℃下烘干6h后得到最终产物氰化铁材料。
所制备的氰化铁形貌如图5所示，从图中我们可以观察出产物的主要形貌还是以凹面氰化铁材料为主。

Claims (2)

1.一种富氨凹面普鲁士蓝材料，其特征在于：以铁氰化钾K3[Fe(CN)6]为原料，氟化盐作为结构导向剂，合成出六个面层层下凹的具有分级结构的富氨普鲁士蓝材料为Kx(NH4)yFe[Fe(CN)6]；其中：0﹤x﹤2,0﹤y﹤2；所述氟化盐为氟化锂LiF，氟化钠NaF或氟化钾KF中的一种或多种。
2.一种权利要求1所述富氨凹面普鲁士蓝材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：室温下，将4.61～18.4374g的K3[Fe(CN)6]溶解于70ml去离子水中；
步骤2：在持续搅拌下，按照反应物中Fe3+:F-的摩尔比1︰0.2～2向溶液中加入氟化盐，并持续搅拌至氟化盐添加剂完全溶解；
步骤3：将溶液转移至反应釜中，在140～220℃温度下水热3～24小时；
步骤4：离心处理水热后的反应液，并用去离子水洗涤，并于60～120℃内烘干，得到富氨凹面普鲁士蓝材料。
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