CN110591107B - 基于二聚叔醇的超分子有机框架材料的纳米晶体及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于二聚叔醇的超分子有机框架材料的纳米晶体及其制备方法和应用，属于多孔有机框架材料领域。该制备方法采用重沉淀的方法，将二聚叔醇分子溶于三氯甲烷（CHCl3）良溶剂中，并将其迅速加入不良溶剂乙醇中快速搅拌，促使有机纳米晶材料的生成。本发明通过采用经典的重沉淀法，操作简易，成本低廉。制备出的纳米管结构形貌规则，尺寸均一，实现了大孔‑微孔的分级孔结构，并成功负载Fe3+。通过相应的X射线能谱分析（EDS）等表征手段，可观察到纳米管的铁离子负载。展现了该超分子有机框架材料未来在离子识别、催化等领域中的应用潜力。

Description

基于二聚叔醇的超分子有机框架材料的纳米晶体及其制备方 法和应用
技术领域
本发明属于多孔有机框架技术领域，特别涉及一种基于二聚叔醇的超分子有机框架材料的纳米晶体及其制备方法和应用。
背景技术
因为有机多孔材料在气体存储，分离和催化等领域有非常重要的应用，所以吸引了广泛的气体存储和催化的研究者的注意力，因此多孔金属有机骨架(MOFs)开始出现。在过去的二十年里，人们通过金属和有机配体的自组装制备了大量的多孔MOFs，而超分子有机框架材料(SOFs)与MOFs相比，发展明显滞后。主要原因是SOFs是通过相对较弱的非共价键直接自组装形成的，因此很难有稳定的框架和建立永久的多孔性。即当溶剂客体被移除后，晶体结构通常会被破坏，SOFs会坍塌。但是与MOFs相比，SOFs最大的优势在于其具有溶液可加工性和易于纯化的优点，可以很容易地通过重结晶回收，使其在催化等领域成为很有前途的功能材料。而小分子易于通过简单方法制备得到纳米晶体，控制晶体形貌已实现更好的性能将会是超分子有机框架领域的新方向。
虽然到目前为止，有少数报道通过调整超分子有机框架材料晶体尺寸以实现特定性能，但是晶体尺寸和形貌的研究仍旧是处于初期阶段。
因此，本发明设计了一种基于二聚叔醇的超分子有机框架材料，提供相应的有机纳米材料的制备方法，通过一定的实验条件得到纳米管的晶体形貌，实现了大孔-微孔的分级孔结构。探究分子结构，分子聚集方式对纳米晶体形貌以及对金属离子配位的影响。
发明内容
本发明提供一种基于二聚叔醇的超分子有机框架材料的纳米晶体及其制备方法和应用，该制备方法采用了经典的操作简易，成本低廉的重沉淀方法，实现了大孔-微孔的分级孔结构，并成功负载Fe3+。通过相应的X射线能谱分析(EDS)等表征手段，可观察到纳米管的铁离子负载。展现了该超分子有机框架材料未来在离子识别、催化等领域中的应用潜力。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于二聚叔醇的超分子有机框架材料的纳米晶体，纳米晶体的构型为两个苯环分别位于芴基平面的两侧，两个苯环具有较大的位阻，区别于其他平面分子，纳米晶体的形貌为纳米管，使得该多孔材料实现了大孔-微孔的分级孔结构，其结构式如下：
Figure BDA0002208761100000021
一种基于二聚叔醇的超分子有机框架材料的纳米晶体的制备方法，包括以下步骤：
S1、将目标化合物DPFOH-1完全溶于1mL三氯甲烷中，并超声使其充分溶解，将其配制成浓度为8mM的溶液，然后将溶液注入到5mL的不良溶剂乙醇中，搅拌4-8分钟，得到混合液；
S2、将步骤S1制得的混合液在40℃烘箱内静置24h，待纳米晶体生长完全，即制得目标产物纳米管。
上述方法制备得到的纳米晶体的应用，纳米晶体能够负载金属离子。
进一步的，纳米晶体负载金属Fe3+，负载量达到0.24％。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供了一种基于二聚叔醇的超分子有机框架材料的有机纳米结构。
2、本发明采用经典的重沉淀法，操作简易，成本低廉。
3、本发明做出的纳米结构形貌规则，尺寸均一，实现了大孔-微孔的分级孔结构，并成功负载Fe3+。
4、本发明证明了这种多孔材料在堆积上的优势——羟基位于孔内，易于发生金属配位反应。展现了该超分子有机框架材料未来在离子识别、催化等领域中的应用潜力。
附图说明
图1是本发明中DPFOH-1分子的核磁共振谱图；
图2是本发明实施例1得到的超分子有机框架材料的有机纳米结构示意图；
图3是本发明实施例2中得到的负载铁离子的纳米管的扫描电子显微镜(SEM)形貌图；
图4是本发明实施例2中得到的负载铁离子的纳米管的EDS元素分布图；
图5是本发明实施例2中得到的负载铁离子的纳米管的EDS元素含量图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
本发明所提供的基于二聚叔醇的超分子有机框架材料的有机纳晶结构，形貌规则，尺寸均一。得到的方形纳米管形貌，实现了大孔-微孔的分级孔结构。
以DPFOH-1为目标化合物，采用经典的重沉淀法，三氯甲烷(CHCl3)作为良溶剂，乙醇作为不良溶剂，在40℃下生长，得到纳米管形貌。
该材料通过重沉淀法获得：
将目标化合物DPFOH-1完全溶于1mL CHCl3(三氯甲烷)中并超声使其充分溶解，将其配制成浓度为8mM的溶液，然后迅速的将其注入到5mL的不良溶剂乙醇中，并快速搅拌5分钟。将所制得的混合溶液在40℃烘箱内静置将近24h，待纳米晶体生长完全，即可制得目标产物纳米管。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。但是本发明的技术内容并不限于下述实施例的限制。
实施例1
DPFOH-1分子的纳米自组装实验方法：
准备10mL的样品瓶，投入磁子，加入5mL的乙醇，待用。将DPFOH-1分子完全溶于1mLCHCl3中，充分溶解配制成浓度为8mM的溶液。在磁子匀速转动的条件下，用移液枪将溶有目标分子的CHCl3混合物全部一次性注入含有乙醇溶液的样品瓶中，搅拌4-8分钟。待搅拌完成，取出磁子，将混合溶液在40℃烘箱内静置大约24h，得到纳米晶体水溶液。取一滴大约10μL的纳米晶体水溶液沉积在硅衬底上，放在40-45℃的加热板上进行溶剂蒸发，待3-4h后溶剂完全蒸发，确保水份烘干。然后用场发射SEM(日立S-4800)在5kV的加速电压下测试，观察其纳米形貌。
实施例2
DPFOH-1分子金属负载制备方法：
取一滴大约10μL实施例1中制得的纳米晶体水溶液沉积在硅衬底上，放在40-45℃的加热板上进行溶剂蒸发，待3-4h后溶剂完全蒸发，确保水份烘干。将样品置于称量瓶内，并放入真空烘箱90℃干燥去除孔内溶剂，使用EDS确认孔内溶剂已完全去除后，将其浸泡在浓度为10mg/ml的FeCl3溶液中。三天后，使用去离子水洗去FeCl3，测试观察金属离子负载情况，如图5所示，Fe的负载量达到0.24％。
对基于二聚叔醇的超分子有机框架材料得到的纳米晶体采用浸泡法，成功得到负载Fe3+的纳米管结构。通过相应的X射线能谱分析(EDS)等表征手段，可观察到纳米管的铁离子负载。展现了该超分子有机框架材料未来在离子识别、催化等领域中的应用潜力。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于二聚叔醇的超分子有机框架材料的纳米晶体，其特征在于：纳米晶体的构型为两个苯环分别位于芴基平面的两侧，纳米晶体的形貌为纳米管，其结构式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
。
2.根据权利要求1所述的基于二聚叔醇的超分子有机框架材料的纳米晶体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将目标化合物DPFOH-1完全溶于1 mL三氯甲烷中，并超声使其充分溶解，将其配制成浓度为8 mM的溶液，然后将溶液注入到5 mL的乙醇中，搅拌4-8分钟，得到混合液；
S2、将步骤S1制得的混合液在40℃烘箱内静置24 h，待纳米晶体生长完全，即制得目标产物纳米管。
3.根据权利要求2所述的制备方法制备的纳米晶体的应用，其特征在于：纳米晶体能够负载金属离子。
4.根据权利要求3所述的纳米晶体的应用，其特征在于：纳米晶体负载金属Fe3+。
5.根据权利要求4所述的纳米晶体的应用，其特征在于：负载量达到0.24%。
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