一种金属有机框架衍生硅酸镍的制备方法

1.本发明属于无机材料制备技术领域，具体涉及一种金属有机框架衍生硅酸镍的制备方法。


背景技术：

2.据《化工进展》(化工进展，38：2835-2846，2019)介绍，硅酸镍是一种二维矿物材料，具有较大比表面积、原料价格低廉、易得且其层间基团可调控等优点，因此在电极阳极材料、催化、污水处理及阻燃等方面具有广阔的应用前景。
3.至今为止，科研工作者们已发展出了多种制备硅酸镍的技术，其中应用较为广泛的主要是水热法、氨蒸发法和溶胶凝胶法。据《今日催化》(catalysis today,2010,157(1-4):397-403)介绍，水热法主要是将一定量的硅源和镍源混合均匀并调节ph值后，引入反应釜使其在高温高压条件下反应生成硅酸镍。根据《催化科学与技术》介绍(catalysis science&technology,5:5095-5099,2015.)，氨蒸发法通常是以硅溶胶为主要原料，氨水为沉淀剂，在一定温度下持续反应。随着反应的进行，溶液ph值因氨水的不断挥发而降低，最终得到硅酸镍。根据《材料化学杂志》(journal of materials chemistry,10:789-795,2000)介绍，溶胶凝胶法则是以硅烷偶联剂作为硅源，与镍源、矿化剂一起配置成溶液并进行充分混合，而后陈化数天，最终得到硅酸镍。以上方法虽然都能制备硅酸镍，但获得的硅酸镍形貌不规则且片层堆积严重，甚至观察不到片层结构，限制了硅酸镍的应用。
4.根据《可持续化学与工程》(acs sustainable chemistry&engineering,7:9272-9280,2019)介绍，镍金属有机框架(ni-mof)由镍金属离子或金属团簇和有机连接剂构成的一类新兴材料，已被用于药物传递、气体储存或分离、催化和聚合物复合材料阻燃等领域。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种金属有机框架衍生硅酸镍的制备方法，以金属有机框架(ni-mof)作为模板制备片层结构明显且分布均匀的硅酸镍，克服传统方法制备的硅酸镍形貌不规则且片层堆积严重，甚至观察不到片层结构的缺点。
6.本发明所述的一种金属有机框架衍生硅酸镍的制备方法，制备过程包括以下步骤：
7.首先将硅酸钠超声处理使其完全溶解于去离子水，然后加入适量无水乙醇和镍-金属有机框架(ni-mof)，待其分散均匀后，加入适量的氢氧化钠溶液，调节悬浊液ph值，随后超声分散处理，得到绿色悬浊液，将该绿色悬浊液转移至聚四氟乙烯高压反应釜内，在温度160℃下反应，待反应完成后自然冷却至室温，经离心、清洗、干燥后，得到的淡绿色粉末即为金属有机框架衍生硅酸镍。
8.进一步的，镍-金属有机框架(ni-mof)、硅酸钠、去离子水的质量比为1：1～2：40～100；
9.进一步的，无水乙醇和去离子水的体积比为1：1；
10.进一步的，悬浊液的ph值为11-12。
11.与现有硅酸镍制备方法相比，本发明在技术上的进步主要体现在：
12.1、本发明所制备的金属有机框架衍生硅酸镍的片层结构非常明显，且片层分布均匀，有利于提高催化剂的负载以及与聚合物基体的相容性。
13.2、本发明制备方法操作简单，制备周期短，适合大规模制备。
附图说明
14.图1为实施例1制得的金属有机框架衍生硅酸镍的x射线衍射图
15.图2为实施例1制得的金属有机框架衍生硅酸镍的扫描电子显微镜图
16.图3为实施例2制得的金属有机框架衍生硅酸镍的x射线衍射图
17.图4为实施例3制得的金属有机框架衍生硅酸镍的x射线衍射图
18.图5为对比例1制备的硅酸镍的x射线衍射图
19.图6为对比例1制备的硅酸镍的扫描电子显微镜图
具体实施方式
20.使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.实施例1
22.首先将1.14g硅酸钠超声处理使其完全溶解于60ml去离子水，然后加入60ml无水乙醇和0.8g镍-金属有机框架(ni-mof)，待其分散均匀后，加入适量1mol/l氢氧化钠溶液，调节悬浊液ph值为11.3，随后超声分散处理，得到绿色悬浊液，将该绿色悬浊液转移至聚四氟乙烯高压反应釜内，在温度160℃下反应15h，待反应完成后自然冷却至室温，经离心、清洗、干燥后，得到的淡绿色粉末即为金属有机框架衍生硅酸镍。
23.图1为本实施例制备的金属有机框架衍生硅酸镍的x射线衍射图，图中出现的特征峰分别对应(001)、(002/011)、(003)、(130/200)、(150/240/310)以及(060/330)晶面，表明金属有机框架衍生硅酸镍成功制备。图2为本实施例的扫描电子显微镜图片，能够明显观察到金属有机框架衍生硅酸镍具有明显的片层结构，且片层分布均匀。
24.实施例2
25.首先将0.8g硅酸钠超声处理使其完全溶解于40ml去离子水，然后加入40ml无水乙醇和0.8g镍-金属有机框架(ni-mof)，待其分散均匀后，加入适量1mol/l氢氧化钠溶液，调节悬浊液ph值为11，随后超声分散处理，得到绿色悬浊液，将该绿色悬浊液转移至聚四氟乙烯高压反应釜内，在温度160℃下反应15h，待反应完成后自然冷却至室温，经离心、清洗、干燥后，得到的淡绿色粉末即为金属有机框架衍生硅酸镍。
26.图3为本实施例制备的金属有机框架衍生硅酸镍的x射线衍射图，图中出现的特征峰分别对应(001)、(002/011)、(003)、(130/200)、(150/240/310)以及(060/330)晶面，表明金属有机框架衍生硅酸镍成功制备。
27.实施例3
28.首先将1.6g硅酸钠超声处理使其完全溶解于100ml去离子水，然后加入100ml无水乙醇和0.8g镍-金属有机框架(ni-mof)，待其分散均匀后，加入适量1mol/l氢氧化钠溶液，调节悬浊液ph值为12，随后超声分散处理，得到绿色悬浊液，将该绿色悬浊液转移至聚四氟乙烯高压反应釜内，在温度160℃下反应15h，待反应完成后自然冷却至室温，经离心、清洗、干燥后，得到的淡绿色粉末即为金属有机框架衍生硅酸镍。
29.图4为本实施例制备的金属有机框架衍生硅酸镍的x射线衍射图，图中出现的特征峰分别对应(001)、(002/011)、(003)、(130/200)、(150/240/310)以及(060/330)晶面，表明金属有机框架衍生硅酸镍成功制备。
30.对比例1
31.溶胶凝胶法制备硅酸镍步骤如下：将2.21g硅烷偶联剂kh550、1.96g氯化镍依次加入50ml无水乙醇中，待完全溶解后，记为溶液a。将溶液a缓慢加入200ml 0.05mol/l的氢氧化钠溶液中，搅拌均匀，在室温下老化72h，经离心收集、清洗、烘干后，得到的淡绿色粉末即为溶胶凝胶法制备的硅酸镍。
32.图5和图6分别为溶胶凝胶法制备硅酸镍的x射线衍射图和扫描电子显微镜。图5中出现的特征峰分别对应(001)、(020/110)、(130、200)及(060/330)晶面，与《化工科学与工程前沿》(frontiers of chemical science and engineering，doi：10.1007/s11705-021-2074-6)报道的溶胶凝胶法制备的硅酸镍的x射线衍射图的特征峰位置一致，表明溶胶凝胶法成功制备出硅酸镍。此外，由图6可以明显观察到该方法制备的硅酸镍呈块状，无明显片层结构。
33.从上述实施例和对比例可以看出，本发明以金属有机框架(ni-mof)作为模板成功制备出了片层结构明显且分布均匀的金属有机框架衍生硅酸镍。此外，本发明制备方法操作简单，制备周期短，适合大规模制备。