王 瑋，吳 云，遲博偉

（1.合肥學(xué)院，安徽合肥 230601；2.安徽能源學(xué)校，安徽合肥 230011）

超聲法輔助合成金屬-有機骨架材料

王 瑋1，吳 云1，遲博偉2

（1.合肥學(xué)院，安徽合肥 230601；2.安徽能源學(xué)校，安徽合肥 230011）

近年來，金屬-有機骨架材料作為一種具有多種功能的新型多孔材料，以其巨大的潛在應(yīng)用前景而成為一個熱門的研究領(lǐng)域，例如離子交換、氣體儲存、催化以及在光學(xué)、醫(yī)學(xué)、選擇性吸附和磁性材料等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的金屬-有機骨架的合成方法，如水熱、溶劑擴散和溶劑熱等方法，需要的合成條件溫度高、溶劑消耗多、耗費時間長。同時利用傳統(tǒng)法合成的金屬-有機骨架材料晶體尺寸較大，傳感響應(yīng)速度慢。利用超聲輔助方法合成的金屬-有機骨架材料，可以高產(chǎn)率地合成大多數(shù)金屬-有機骨架材料，且具有反應(yīng)時間短、產(chǎn)品回收率高等特點，實現(xiàn)對金屬-有機骨架材料尺寸和形貌的調(diào)控，利用超聲輔助的合成方法，通過改變反應(yīng)條件，可以得到具有不同尺寸和形貌的金屬-有機骨架材料。

金屬-有機骨架；超聲；合成

近年來隨著學(xué)技術(shù)在不斷地進(jìn)步和發(fā)展，各種學(xué)科之間的交叉，比如在配位化學(xué)和無機材料科學(xué)的交叉領(lǐng)域，人們都開始逐漸關(guān)注到新材料，即金屬-有機骨架材料[1]，合成和應(yīng)用新材料就越來越受到人們的歡迎。金屬-有機骨架材料是近年來發(fā)展比較迅速的一種新型多孔晶體材料，是由金屬離子和有機配體自組裝而構(gòu)成的配位聚合物，相比于傳統(tǒng)有機和無機多孔材料（如沸石和多孔碳材料等）密度小，比表面積高，制備條件溫和等特點，其中更為主要的是可以輕易地對其結(jié)構(gòu)裁剪，從而更有效的對其進(jìn)行調(diào)控。隨著深入研究，由于其在藥物緩釋，氣體吸附、生物傳感、光化學(xué)催化[2-3]等方面的應(yīng)用，而備受外界矚目。

超聲波是一種特殊的能量，巨大的能量輸入可以產(chǎn)生強大的沖擊波很好地提高反應(yīng)的速度，縮短反應(yīng)時間。通過控制超聲時間的不同可以很好的控制所需合成材料的形貌和結(jié)構(gòu)?？梢缘玫骄哂刑厥庑蚊驳募{米球、納米棒和納米環(huán)等。與此同時也可以生成尺寸很小且粒徑分布窄的產(chǎn)物。聲化學(xué)作為新興學(xué)科備受科研小組青睞，越來越多的研究者加入到此方面研究。超聲法在近幾年得到飛速發(fā)展，目前已經(jīng)成為一種快速合成金屬-有機骨架材料的合成方法，超聲時，由于分散高效的降低納米粒子團(tuán)聚，產(chǎn)生瞬時局部高溫高壓，同時弱化了粒子相互間的納米作用能，使得晶體的形成過程加快[2]。

1 實驗部分

1.1 實驗試劑與儀器

醋酸鋅、無水乙醇，均為分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；對苯二甲酸，分析純，北京市興津化工廠；氫氧化鈉，分析純，上?；瘜W(xué)試劑四廠；鹽酸，分析純，振興化工二廠有限公司。

真空干燥箱：上海和晟儀器科技有限公司DZF 6020B，電子天平：METTLER TOLEDO AL104，磁力加熱攪拌器：上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司MYP11-2，在SU8010 15 kV的掃描電鏡下進(jìn)行形貌的表征，在丹東菲利普合資公司Siemens Y-4Q型X射線衍射儀上測定粉末X射線衍射。

1.2 制備與合成

將0.219g醋酸鋅溶17mL蒸餾水，0.332g的Na2BDC溶解于10mL蒸餾水，并將二者混合，攪拌均勻；將混合反應(yīng)后的溶液分成相同的5組，分別編號為1、2、3、4、5。將5組溶液在數(shù)控超聲波清洗器對其進(jìn)行超聲輔助反應(yīng)。1、2、3、4組分別控制超聲時間為5 min、15 min、30 min、60 min。將第5組不做超聲處理反應(yīng)60 min作為空白對照組；將反應(yīng)后的5組混合溶液進(jìn)行抽濾，抽濾后，水洗（5×5mL），醇洗（5×5mL），自然干燥，別得白色粉末固體[3]。

2 結(jié)果與討論

2.1 結(jié)構(gòu)分析

通過對不同超聲時間合成的產(chǎn)物進(jìn)行XRD表征，我們能夠看出產(chǎn)物是高度晶化，并且就是我們的目標(biāo)產(chǎn)物ZnBDC·xH2O，通過計算便可以得知晶粒的大小是與SEM顯示的晶粒形貌大小是相符合的。

2.2 形貌分析

我們選取了5組ZnBDC·xH2O樣品進(jìn)行掃描電鏡的檢測和分析，來證明超聲時間的不同與生成的納米晶的微觀形貌之間的關(guān)系，它們分別是：超聲5min；超聲15min；超聲30min；超聲60min和不進(jìn)行超聲處理的產(chǎn)物?？梢钥闯觯跓o超聲輔助的反應(yīng)條件下，生成的產(chǎn)物有很多大尺寸的塊狀微粒，大小分布也不均勻，其微觀形貌是極不規(guī)則的。引入超聲輔助合成后，所生成的產(chǎn)物的微觀形貌就發(fā)生了變化，有很多尺寸很小的微粒形成，分布較均勻。這說明在超聲輔助的條件下，更容易生成微觀形貌分布規(guī)則的產(chǎn)物。并且在相同反應(yīng)時間下，隨著超聲輔助時間的增加，生成的產(chǎn)物微觀形貌整體呈現(xiàn)越來越細(xì)小和規(guī)則的趨勢，生成的產(chǎn)物尺寸更小，分布更加均勻。這說明超聲輔助時間的不同可以影響生成產(chǎn)物的微觀形貌的分布情況。這些都說明超聲輔助時間的不同會對反應(yīng)中產(chǎn)生的產(chǎn)物的微觀形貌有很重要的影響，也就是說，通過控制超聲反應(yīng)時間可以調(diào)控生成的納米晶的微觀形貌。

[1] 張丹，宋佳，宮曉杰，等.合成時間對金屬有機骨架材料MIL-53（Cu）結(jié)構(gòu)影響的初步研究[J].化工科技，2015，23（3）：47-49.

[2] 張曉東，董寒，趙迪，等.金屬有機骨架材料Cu3（BTC）2的制備及其光催化性能研究[J].水資源與水工程學(xué)報，2015，26（4）：35-37.

[3] 張永飛.金屬有機骨架材料及其復(fù)合物的制備和性能研究[D].安徽大學(xué)，2014.

Ultrasound-Assisted Synthesis of Metal-Organic Framework Materials

Wang Wei，Wu Yun，Chi Bo-wei

In recent years，metal-organic framework materials，as a kind of novel porous materials with many functions，have become a hot research field with great potential applications，such as ion exchange，gas storage，catalysis，Medicine，selective adsorption and magnetic materials and other fields.The traditional synthesis methods of metal-organic framework，such as hydrothermal，solvent diffusion and solvothermal methods，require high synthesis temperature，solvent consumption，and time-consuming.At the same time，the metal-organic framework material synthesized by the traditional method has large crystal size and slow response speed. The metal-organic framework materials synthesized by ultrasonic assisted method can synthesize most metal-organic framework materials with high yield，and have short reaction time and high product recovery rate，and realize the regulation of the size and morphology of metal-organic framework materials，Metal-organic framework materials with different sizes and morphologies can be obtained by changing the reaction conditions using ultrasonic-assisted synthesis.

Metal-organic framework；Ultrasound；synthetic

TQ028.1

A

1003–6490（2016）09–0032–02

2016–08–22

王瑋（1984—），女，蚌埠五河人，助理實驗師，主要研究方向為有機-無機雜化材料。