一种金属有机框架材料及该金属有机框架材料的制备方法技术

本申请公开一种金属有机框架材料及该金属有机框架材料的制备方法，该材料包括：所述金属有机框架材料具有多孔结构，所述金属有机框架材料中掺杂有镧系元素和石墨烯。本申请提供的金属有机框架材料由于在制备过程中掺杂有镧系元素和石墨烯，使得该金属有机框架材料具有较高的比表面积，因此该金属有机框架材料具有较高的二氧化碳吸附容量，即提高了原有的吸附材料的吸附性能，并且掺杂的镧系元素和石墨烯的掺杂量可影响该金属有机框架材料的吸附性能，因此，还可以通过调整所述镧系元素和石墨烯的掺杂量以满足吸附不同气体的时的不同需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于吸附气体的吸附材料的
，具体涉及一种金属有机框架材料。本专利技术同时涉及一种金属有机框架材料的制备方法。
技术介绍
自从工业革命以来，随着全球经济和技术的发展，人类对化石燃料石油、煤炭、天然气等的需求量持续增高，这导致了CO2的大量排放。并且在之后的一段时期内，化石燃料依旧在能源行业占据主导地位，即化石燃料的燃烧引起的排放还是主要来源。作为一种主要的温室气体，CO2的大量排放引起了多种环境问题并对生态系统造成了一定程度的破坏。因此，寻找一种高效的捕集并回收的技术不仅能缓解环境压力同时还能在一定程度上降低工业成本。金属有机框架材料(MOFs--MetalorganicFrameworks)是近年来新兴的一种多孔晶体材料，MOFs是指通过金属中心或者金属团簇和多齿有机配体以自组装的形式构筑而成的具有周期性一维、二维或三维网络结构的晶体材料。经过近二十年的研究发展，MOFs在理论研究和相应的实际应用方面都取得了一系列重大的进展。但是，现有的MOFs无论从材料的组成结构，还是制备技术等多方面，均有许多需要改善的地方。
技术实现思路
本专利技术提供一种金属有机框架材料，以解决现有技术中存在的上述问题。本专利技术另外提供一种金属有机框架材料的制备方法。本申请提供一种金属有机框架材料，所述金属有机框架材料具有多孔结构，所述金属有机框架材料中掺杂有镧系元素和石墨烯。可选的，所述镧系元素包括铕元素，相应的，所述金属有机框架材料中掺杂有硝酸铕。可选的，所述金属有机框架材料的结构为刚性配体骨架结构。可选的，所述金属有机框架材料的结构包含有不饱和金属配位。可选的，所述金属有机框架材料还包含有N,N-二甲基甲酰胺、无水乙醇、对苯二甲酸。本申请还提供一种金属有机框架材料的制备方法，该方法包括：将N,N-二甲基甲酰胺、无水乙醇、和去离子水混合为溶液；在所述溶液中加入硝酸铕、对苯二甲酸和氧化石墨烯，得到混合物；将所述混合物分散、搅拌，并进行水热反应处理；将经过水热反应处理后的混合物进行过滤、烘干处理，得到所述金属有机框架材料。可选的，所述将N,N-二甲基甲酰胺、无水乙醇、和去离子水混合为溶液，包括：将N,N-二甲基甲酰胺、无水乙醇、和去离子水按照体积比1:1:1充分混合后形成溶液。可选的，所述在所述溶液中加入硝酸铕、对苯二甲酸和氧化石墨烯，得到混合物中，所述硝酸铕、对苯二甲酸和氧化石墨烯的含量比例包括：将所述硝酸铕和所述对苯二甲酸的摩尔比范围是，大于等于1:1，且小于等于5:1；所述氧化石墨烯的质量范围是，大于等于20mg，且小于等于100mg。可选的，所述将所述混合物分散中，将混合物分散所采用的方式包括：用超声波将所述混合物进行分散；相应的，将所述混合物搅拌的方式包括：将所述混合物分散之后，当分散达到均相之后，将该混合物放置在磁力搅拌器上进行1h-5h的磁力搅拌；相应的，所述进行水热反应处理包括：将混合物经过上述磁力搅拌之后，将搅拌后的混合物转移到反应釜中，并放入真空干燥箱中以180℃-300℃加热24h-72h进行水热反应。可选的，所述将经过水热反应处理后的混合物进行过滤、烘干处理，包括：将经过水热反应处理后的混合物放入过滤器中，用无水乙醇进行过滤处理；将经过过滤处理之后的材料放入真空干燥箱中以0.5h和75℃的反应条件进行烘干处理。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本申请提供一种金属有机框架材料，该材料包括：所述金属有机框架材料具有多孔结构，所述金属有机框架材料中掺杂有镧系元素和石墨烯。本申请提供的金属有机框架材料由于在制备过程中掺杂有镧系元素和石墨烯，使得该金属有机框架材料具有较高的比表面积，因此该金属有机框架材料具有较高的二氧化碳吸附容量，即提高了原有的吸附材料的吸附性能，并且掺杂的镧系元素和石墨烯的掺杂量可影响该金属有机框架材料的吸附性能，因此，还可以通过调整所述镧系元素和石墨烯的掺杂量以满足吸附不同气体的时的不同需求。附图说明图1是本申请第二实施例提供的金属有机框架材料的制备方法的流程图。具体实施方式本申请第一实施例提供一种金属有机框架材料，该材料相比于现有的吸附类材料具有更高的比表面积，具有较高的气体吸附容量，特别是CO2的吸附容量，同时该金属有机框架材料的稳定性也较好，另外，本申请提供的金属有机框架材料在合成过程中，由于空间位阻等原因，金属离子除了与大的有机配体配位以外，还会结合一些小的溶剂分子来满足其配位数的要求，如水、乙醇、甲醇、DMF(二甲基甲酰胺)等。这些小分子有时还以弱相互作用(多为氢键)的形式与有机配体结合。当合成的该金属有机框架材料在高真空下加热一段时间后，这些小分子就会从骨架中排出，金属离子的配位就成不饱和状态，有机配体也具有了结合其它分子的能力，整个骨架就具有了碱性和酸性位点，因此，本申请第一实施例提供的金属有机框架材料具有不饱和金属配位和高孔隙率。以下通过具体的实施例对本申请第一实施例提供的金属有机框架材料进行详细的介绍和说明。本申请第一实施例提供一种金属有机框架材料，该金属有机框架材料具有多孔结构，所述金属有机框架材料中掺杂有镧系元素和石墨烯。掺杂有镧系元素和石墨烯之后的金属有机框架材料的吸附特性更加稳定，且吸附能力更高，在一定程度上提高了传统的吸附材料的整体特性。所述金属有机框架材料本身具有一定的吸附二氧化碳的特性，在一定条件下，其吸附特性还是比较稳定的，但是也存在一定的问题，以下通过具体的事例说明该金属有机框架材料本身所具有的吸附特性。所述金属有机框架材料是通过金属中心或者金属团簇和多齿有机配体以自组装的形式构筑而成的具有周期性一维、二维或三维网络结构的晶体材料。以金属离子为连接点，有机配体位支撑构成空间3D延伸，属于新型多孔材料。一般情况下，所述金属有机框架材料的孔隙和比表面积可以衡量该材料的吸附特性和整体特性，以下对所述孔隙和比表面积对吸附特性的影响进行详细的说明。孔隙是指除去客体分子后留下的多孔材料的空间。多孔性是材料应用于催化、气体吸附与分离的重要性质。材料的孔径大小直接受有机官能团的长度影响，有机配体越长，除去客体分子后材料的孔径越大。在实际应用中，选择不同的有机配体可以得到不同孔径大小的材料，气体吸附与分离一般选择孔径相对小、孔隙率高的金属有机框架材料；催化应用则选择孔径大的金属有机框架材料。此外，对于蛋白质或肽段的吸附与分离，可根据材料的分子筛效应和性质，对其按分子的大小或相互作用力的不同进行分离。另外，比表面积是评价多孔材料催化性能、吸附能力的另一重要指标，因此人们不断改变金属有机框架材料的金属中心和连接臂，其主要目的之一就是使材料具有更大的比表面积，最终提高金属有机框架材料的吸附能力。通过掺杂镧系元素和石墨烯，本申请提供的金属有机框架材料具有超大比表面积和孔体积。因为本申请提供的金属有机框架材料的结构为六元环结构，而六元环结构暴露的边缘较多，因此，其比表面积就会越高。另外，本申请提供的该金属有机框架材料可轻易实现孔径尺寸和晶体结构的调控，通过有机配体的选择性设计合成和金属中心(或金属团簇)的选择可有效实现结构的多样化。并且，该金属有机框架材料极易实现功能化修饰，可通过有机配体的前功能化设计或者对框架材料的后功能化修饰实现，这使得MOFs材料在气体的吸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属有机框架材料，其特征在于，所述金属有机框架材料具有多孔结构，所述金属有机框架材料中掺杂有镧系元素和石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种金属有机框架材料，其特征在于，所述金属有机框架材料具有多孔结构，所述金属有机框架材料中掺杂有镧系元素和石墨烯。2.根据权利要求1所述的金属有机框架材料，其特征在于，所述镧系元素包括铕元素，相应的，所述金属有机框架材料中掺杂有硝酸铕。3.根据权利要求1所述的金属有机框架材料，其特征在于，所述金属有机框架材料的结构为刚性配体骨架结构。4.根据权利要求1所述的金属有机框架材料，其特征在于，所述金属有机框架材料的结构包含有不饱和金属配位。5.根据权利要求1所述的金属有机框架材料，其特征在于，所述金属有机框架材料还包含有N,N-二甲基甲酰胺、无水乙醇、对苯二甲酸。6.一种金属有机框架材料的制备方法，其特征在于，包括：将N,N-二甲基甲酰胺、无水乙醇、和去离子水混合为溶液；在所述溶液中加入硝酸铕、对苯二甲酸和氧化石墨烯，得到混合物；将所述混合物分散、搅拌，并进行水热反应处理；将经过水热反应处理后的混合物进行过滤、烘干处理，得到所述金属有机框架材料。7.根据权利要求6所述的金属有机框架材料的制备方法，其特征在于，所述将N,N-二甲基甲酰胺、无水乙醇、和去离子水混合为溶液，包括：将N,N-二甲基甲酰胺、无水乙醇、和去离子水按照体积比1:1:1充分混...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩颖慧，李玉娟，高静丽，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北;13