一種ZnOZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合物及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種Zn0@ZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合物，具體的說，涉及一種ZnO中空球的合成及在此ZnO中空球的基礎(chǔ)上合成的Zn0@ZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合物，光催化降解有機(jī)染料功能的Zn0@ZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合物。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬有機(jī)框架化合物(M0F)是由金屬離子或簇作為節(jié)點、多官能團(tuán)的有機(jī)配體作為連接劑構(gòu)成的新型功能材料。M0F材料具有三個共存的基本特征:結(jié)晶性、多孔性、金屬一配體之間的強(qiáng)相互作用。其可控的拓?fù)鋵W(xué)和幾何學(xué)骨架及可調(diào)的孔功能使其在催化、氣體儲存、化學(xué)分離、傳感等多個領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用前景，M0F由于具有孔結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出很強(qiáng)的尺寸選擇能力。
[0003]ZIFs是金屬有機(jī)框架(MOFs)材料中的一個系列，作為一種功能性材料已被廣泛研究，例如:氣體存儲，離子交換，分離和熒光傳感器。然而，與單一的MOFs相比，在MOFs中復(fù)合不同物質(zhì)，其復(fù)合材料不但可以保持MOFs原有的特征，還可能具有其他性質(zhì)。例如，將MOFs與半導(dǎo)體材料結(jié)合制備的材料可以應(yīng)用于吸附，分離，催化等領(lǐng)域。此外在M0F的框架中摻雜貴金屬，例如Au，Pd等，或者嵌入半導(dǎo)體材料，例如ZnO和GaN納米粒子，將其嵌入到M0F的孔腔中，其催化性質(zhì)將大大提高，同時其熒光和吸附等性質(zhì)也會發(fā)生改變。相反，研究人員對于M0F的核殼結(jié)構(gòu)研究較少，尤其是M0F作為殼，功能性材料作為核的研究。例如，許多金屬氧化物(例如ZnO)是非常重要的功能性材料，同時具有半導(dǎo)體性質(zhì)，可以應(yīng)用到光電領(lǐng)域可以預(yù)測的是，這樣的半導(dǎo)體@M0F材料將會在光電領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是利用醋酸鋅，硅鎢酸，水，2-甲基咪唑，N，N_ 二甲基甲酰胺，水熱反應(yīng)，進(jìn)而合成Zn0@ZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合物。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0006]—種Zn0@ZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合物，包括以下合成步驟:
[0007]1)將醋酸鋅、硅鎢酸和水，加入反應(yīng)釜中，于常溫下，攪拌0.5-lh ;將反應(yīng)釜升溫至120攝氏度后反應(yīng)72h，得到白色沉淀，即得到ZnO中空球；
[0008]2)將ZnO中空球和2_甲基咪唑，加入到DMF與水的混合溶液中，于室溫下超聲lOmin，將反應(yīng)釜升溫至75攝氏度后反應(yīng)24h，得到白色沉淀，過濾、洗滌、干燥，得到Ζη0@ZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合物；
[0009]所述的一種Zn0@ZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合物，包括以下合成步驟:
[0010]1)將0.5g的醋酸鋅，43mg的硅鎢酸加入裝有10ml水的反應(yīng)釜中，于常溫下，攪拌
0.5-lh ;將反應(yīng)釜升溫至120攝氏度后反應(yīng)72h，得到白色沉淀，過濾、洗滌、干燥，得到ZnO中空球；
[0011]2)將ZnO中空球21mg和2-甲基咪唑170mg，加入到DMF與水的混合溶液中，于室溫下超聲lOmin后，將裝有混合溶液的聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓反應(yīng)釜放入到烘箱中，將烘箱升溫至75攝氏度后反應(yīng)24h，得到白色沉淀，過濾、洗滌、干燥，得到ZnO@ZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合物。
[0012]所述的一種ZnO@ZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合物，步驟1)中升溫速率為15_20°C.h、
[0013]所述的ZnO@ZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合物，步驟2)升溫速率為15_20°C.h ^
[0014]所述的ZnO@ZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合物，步驟2)中DMF與水的比為3:1。
[0015]所述的ZnO@ZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合物作為光催化劑在降解有機(jī)染料中的應(yīng)用。
[0016]所述的應(yīng)用，方法如下:于含有有機(jī)染料的水溶液中加入權(quán)利要求1所述的ZnOOZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合物，光照降解。
[0017]所述的應(yīng)用，所述的有機(jī)染料是羅丹明-B。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明所制備的Zn0@ZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合物可作為降解材料用于污水處理等領(lǐng)域。所制備的Zn0@ZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合物可以作為光催化劑對有機(jī)染料進(jìn)行降解。本發(fā)明的Zn0@ZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料制備方法簡單，具有很大的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明Zn0@ZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合物的XRD圖。
[0020]圖2是本發(fā)明ZnO中空球的掃描電鏡圖。
[0021]圖3是本發(fā)明Zn0@ZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合物的掃描電鏡圖。
[0022]圖4是本發(fā)明Zn0@ZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合物的透射電鏡圖。
[0023]圖5是本發(fā)明Zn0@ZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合物對羅丹明B(RhB)的吸附降解性能圖。
【具體實施方式】
[0024]實施例1 ZnO中空球的合成
[0025]將0.5g的醋酸鋅，43mg的硅鎢酸加入裝有10ml水的反應(yīng)釜中，于常溫下，攪拌
0.5-lh ;以15-20°C*h 1的升溫速率將反應(yīng)釜升溫至120攝氏度后反應(yīng)72h后，得到白色沉淀，過濾、洗滌、干燥，得到ZnO中空球。產(chǎn)率為85 %。
[0026]實施例2 Zn0iZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的合成
[0027]將ZnO 21mg，2_甲基咪唑170mg加入到DMF與水3:1的混合溶液中，超聲lOmin后，將裝有混合溶液的聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓反應(yīng)釜放入到烘箱中，以15-20°C.h 1的升溫速率將烘箱升溫至75攝氏度，反應(yīng)24h，得到白色沉淀，過濾、洗滌、干燥，得到Ζη0@ZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合物。產(chǎn)率為78%。
[0028]本發(fā)明合成Zn0@ZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合物的XRD如圖1所示，ZnO與ZIF-8的特征峰與復(fù)合物Zn0@ZIF-8保持一致，說明所合成的物質(zhì)中既含有ZnO又含有ZIF-8。本發(fā)明合成的ZnO中空球如圖2所示，ZnO直徑大小為1微米。Zn0@ZIF_8核殼結(jié)構(gòu)如圖3所示，與ZnO相比，其表面更加粗糙，又由圖1可知，其表面既為ZIF-8。圖4為Zn0@ZIF_8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合物的透射電鏡圖，由此可知，其結(jié)構(gòu)為核殼結(jié)構(gòu)，且其核為中空結(jié)構(gòu)。
[0029]實施例3 Zn0iZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料光催化降解有機(jī)染料
[0030](一 )有機(jī)染料初始濃度對降解率的影響
[0031 ] 分別取濃度為10mg/L的羅丹明B染料溶液100ml，加入10mg催化劑Zn0@ZIF_8 (實施例1和2制備)，攪拌，暗反應(yīng)30分鐘，利用氙燈照射羅丹明B染料溶液，每10分鐘用紫外可見光譜檢測染料溶液中染料濃度的變化。結(jié)果如圖5所示，552nm的特征峰強(qiáng)度逐漸減小，用氙燈照射后，染料降解，70分鐘時最終降解率達(dá)47%。
【主權(quán)項】
1.一種ZnO@ZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合物，其特征在于，包括以下合成步驟: 1)將醋酸鋅、硅鎢酸和水，加入反應(yīng)釜中，于常溫下，攪拌0.5-lh ;將反應(yīng)釜升溫至120攝氏度后反應(yīng)72h，得到白色沉淀，即得到ZnO中空球； 2)將ZnO中空球和2-甲基咪唑，加入到DMF與水的混合溶液中，于室溫下超聲lOmin，將反應(yīng)釜升溫至75攝氏度后反應(yīng)24h，得到白色沉淀，過濾、洗滌、干燥，得到ZnO@ZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合物。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種ZnO@ZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合物，其特征在于，包括以下合成步驟: 1)將0.5g的醋酸鋅，43mg的硅鎢酸加入裝有10ml水的反應(yīng)釜中，于常溫下，攪拌0.5-lh ;將反應(yīng)釜升溫至120攝氏度后反應(yīng)72h，得到白色沉淀，過濾、洗滌、干燥，得到ZnO中空球； 2)將ZnO中空球21mg和2-甲基咪唑170mg，加入到DMF與水的混合溶液中，于室溫下超聲lOmin后，將裝有混合溶液的聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓反應(yīng)釜放入到烘箱中，將烘箱升溫至75攝氏度后反應(yīng)24h，得到白色沉淀，過濾、洗滌、干燥，得到ZnO@ZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合物。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種ZnO@ZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合物，其特征在于，步驟1)中升溫速率為15-20°C.h 'ο4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的ZnO@ZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合物，其特征在于，步驟2)升溫速率為 15-20。。.h 'ο5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的ZnO@ZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合物，其特征在于，步驟2)中DMF與水的比為3:1。6.權(quán)利要求1或2所述的ZnO@ZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合物作為光催化劑在降解有機(jī)染料中的應(yīng)用。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)用，其特征在于方法如下:于含有有機(jī)染料的水溶液中加入權(quán)利要求1所述的ZnO@ZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合物，光照降解。8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的應(yīng)用，其特征在于:所述的有機(jī)染料是羅丹明-B。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種ZnOZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合物，其合成方法為：將醋酸鋅，硅鎢酸，加入反應(yīng)釜中，于常溫下，攪拌0.5-1h，于120攝氏度的溫度下反應(yīng)三天后，得到白色沉淀，即ZnO；再將得到ZnO，2-甲基咪唑放入裝有水和DMF的混合溶液的反應(yīng)釜中，超聲10min，于75攝氏度的溫度下反應(yīng)24h，得到白色沉淀，即為目標(biāo)產(chǎn)物。該ZnOZIF-8核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合物材料可以作為光催化劑高效降解有機(jī)染料。
【IPC分類】C02F1/30, B01J31/26, C02F101/38
【公開號】CN105413748
【申請?zhí)枴緾N201510707824
【發(fā)明人】韓正波, 洪保, 張靜
【申請人】遼寧大學(xué)
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年10月27日