金屬有機框架@介孔分子篩復合材料的構建和性質

馬苗苗 李 梅 柯福生

(武漢大學化學與分子科學學院，武漢 430072)

0 引 言

金屬有機框架化合物 (metal-organic framework,MOF)作為一類新型的晶態孔材料，因其具有超高比表面積、多孔性、結構可調和易于官能化等特性，近年來在客體分子的存儲[1]、分離[2]、釋放[3]、催化[4-5]及電化學儲能[6]等領域被廣泛應用。然而其孔徑相對較小及穩定性較差仍是制約其商品化應用的主要因素[7]。介孔分子篩SBA-15，因具有高度有序的介孔結構及良好的水、熱和機械穩定性而倍受科研工作者的關注[8-10]，但是SBA-15的孔道環境單一且活性位點少，限制其進一步的應用[11-12]。因此，將MOF材料與介孔分子篩SBA-15相結合從而構建具有豐富化學環境和機械性能穩定的多級孔結構的復合材料，不僅可以避開MOF材料的劣勢(機械強度、熱穩定性及化學穩定性差[13-14])，而且可以更好地發揮其優良的物理和化學性能[15]，為MOF的應用提供更多可能。

溶劑熱法是合成MOF與介孔分子篩復合物的常用方法，然而該方法存在復合不均一、結合力差和晶體生長難以調控等問題[16-18]。此外，通過“固態”合成法也可以得到MOF與介孔分子篩復合材料[19-20]，然而存在不易操作、步驟繁瑣和原材料昂貴等缺點。因此，針對上述問題，本文將發展一種新型的MOF@SBA-15復合材料制備方法，此方法操作簡便且能得到復合均勻的MOF@SBA-15復合材料。首先通過蒸汽誘導內部水解法(VIH)[21]，即利用氨水溶液在高溫條件下揮發及SBA-15孔道的毛細吸附作用，誘導SBA-15內部的金屬鹽水解，再經過灼燒得到SBA-15孔道內壁均勻分布金屬氧化物的復合物，隨后引入有機配體與孔壁的金屬氧化物反應，從而在介孔分子篩孔壁上形成均勻的MOF層，即得到MOF@SBA-15復合材料。……