元宁, 马洁, 张晋玲, 张建胜

应用化学 2023, 40 (6): 896-903. DOI:10.19894/j.issn.1000-0518.220341

摘要（200）

HTML （2）

PDF （3057KB）（254）

以PCN-6（Cu₃TATB₂）为母体材料，Co、Fe、Mn、Zn和Ni为第2种金属，将蒸气辅助法应用于双金属有机框架材料（MOFs）的合成中，并成功制备出PCN-6（M）（M=Co/Fe/Mn/Zn/Ni）系列双金属材料，采用粉末X射线衍射仪（PXRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、电感耦合等离子发射光谱仪（ICP-OES）和气体吸附等技术手段对合成的材料进行了结构、形貌、组成和性能的表征，结果表明制备的PCN-6（M）系列双金属材料的PXRD衍射峰和形貌与母体材料PCN-6一致，交换的金属在材料中分布均匀，交换量（质量分数）分别为Co：12.1%，Fe：22.0%，Mn：16.1%，Zn：17.5%，Ni：16.8%，远高于相同条件下溶剂热法的金属交换量（5%左右），在气体吸附性能方面，PCN-6（Zn）、PCN-6（Ni）和PCN-6（Co）这3种双金属材料对CH₄和CO₂的吸附能力优于母体材料，理想吸附溶液理论（IAST）计算表明，PCN-6（Fe）对CO₂/CH₄的吸附选择性优于母体材料。通过蒸气辅助法制备双金属MOFs材料，可以提高金属的交换量并改变MOFs材料对不同气体分子的亲合力，进而提高材料对气体的吸附性能和选择性。蒸气辅助法为双金属MOFs材料的制备提供了新的思路，且有望用应于其它材料的制备中。

77 K下PCN-6和PCN-6（M）的N ₂吸脱附等温线如图5所示，所有样品的吸附等温线均为I型等温线，低压下（ p/ p ₀＜0.01），吸附量增加迅速。PCN-6（M）的BET表面积分别为869 m2/g（Co）、1155 m2/g（Fe）、1209 m2/g（Mn）、1124 m2/g（Zn）和1097 m2/g（Ni），较母体材料PCN-6（3771 m2/g）均有所降低，表2列出了PCN-6和PCN-6（M）的比表面积及平均孔径，从表2可以看出，PCN-6（M）平均孔径均略高于PCN-6，进一步验证了金属交换过程中发生了晶体破裂及晶体缺陷的产生［27-28］。此外，基于本工作适当调整了PCN-6的合成条件，得到的PCN-6的Langmuir表面积（5285 m2/g）比Sun等［23］（3800 m2/g）和Kim等［29］（4436 m2/g）的Langmuir表面积更高。因此，在孔隙率和比表面积大的PCN-6上进行金属改性，能继承原始结构优异的空隙特性。