CN105413748A - 一种ZnO@ZIF-8核壳结构复合物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种ZnOZIF-8核壳结构复合物，其合成方法为：将醋酸锌，硅钨酸，加入反应釜中，于常温下，搅拌0.5-1h，于120摄氏度的温度下反应三天后，得到白色沉淀，即ZnO；再将得到ZnO，2-甲基咪唑放入装有水和DMF的混合溶液的反应釜中，超声10min，于75摄氏度的温度下反应24h，得到白色沉淀，即为目标产物。该ZnOZIF-8核壳结构复合物材料可以作为光催化剂高效降解有机染料。
Description
技术领域
本发明涉及一种ZnOZIF-8核壳结构复合物，具体的说，涉及一种ZnO中空球的合成及在此ZnO中空球的基础上合成的ZnOZIF-8核壳结构复合物，光催化降解有机染料功能的ZnOZIF-8核壳结构复合物。
背景技术
金属有机框架化合物(MOF)是由金属离子或簇作为节点、多官能团的有机配体作为连接剂构成的新型功能材料。MOF材料具有三个共存的基本特征：结晶性、多孔性、金属—配体之间的强相互作用。其可控的拓扑学和几何学骨架及可调的孔功能使其在催化、气体储存、化学分离、传感等多个领域显示出巨大的应用前景，MOF由于具有孔结构，表现出很强的尺寸选择能力。
ZIFs是金属有机框架(MOFs)材料中的一个系列，作为一种功能性材料已被广泛研究，例如：气体存储，离子交换，分离和荧光传感器。然而，与单一的MOFs相比，在MOFs中复合不同物质，其复合材料不但可以保持MOFs原有的特征，还可能具有其他性质。例如，将MOFs与半导体材料结合制备的材料可以应用于吸附，分离，催化等领域。此外在MOF的框架中掺杂贵金属，例如Au,Pd等，或者嵌入半导体材料，例如ZnO和GaN纳米粒子，将其嵌入到MOF的孔腔中，其催化性质将大大提高，同时其荧光和吸附等性质也会发生改变。相反，研究人员对于MOF的核壳结构研究较少，尤其是MOF作为壳，功能性材料作为核的研究。例如，许多金属氧化物(例如ZnO)是非常重要的功能性材料，同时具有半导体性质，可以应用到光电领域可以预测的是，这样的半导体MOF材料将会在光电领域具有潜在的应用。
发明内容
本发明的目的是利用醋酸锌，硅钨酸，水，2-甲基咪唑，N,N-二甲基甲酰胺，水热反应，进而合成ZnOZIF-8核壳结构复合物。
本发明采用的技术方案是：
一种ZnOZIF-8核壳结构复合物，包括以下合成步骤：
1)将醋酸锌、硅钨酸和水，加入反应釜中，于常温下，搅拌0.5-1h；将反应釜升温至120摄氏度后反应72h，得到白色沉淀，即得到ZnO中空球；
2)将ZnO中空球和2-甲基咪唑，加入到DMF与水的混合溶液中，于室温下超声10min，将反应釜升温至75摄氏度后反应24h，得到白色沉淀，过滤、洗涤、干燥，得到ZnOZIF-8核壳结构复合物；
所述的一种ZnOZIF-8核壳结构复合物，包括以下合成步骤：
1)将0.5g的醋酸锌，43mg的硅钨酸加入装有10ml水的反应釜中，于常温下，搅拌0.5-1h；将反应釜升温至120摄氏度后反应72h，得到白色沉淀，过滤、洗涤、干燥，得到ZnO中空球；
2)将ZnO中空球21mg和2-甲基咪唑170mg，加入到DMF与水的混合溶液中，于室温下超声10min后，将装有混合溶液的聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压反应釜放入到烘箱中，将烘箱升温至75摄氏度后反应24h，得到白色沉淀，过滤、洗涤、干燥，得到ZnOZIF-8核壳结构复合物。
所述的一种ZnOZIF-8核壳结构复合物，步骤1)中升温速率为15-20℃·h-1。
所述的ZnOZIF-8核壳结构复合物，步骤2)升温速率为15-20℃·h-1。
所述的ZnOZIF-8核壳结构复合物，步骤2)中DMF与水的比为3:1。
所述的ZnOZIF-8核壳结构复合物作为光催化剂在降解有机染料中的应用。
所述的应用，方法如下：于含有有机染料的水溶液中加入权利要求1所述的ZnOZIF-8核壳结构复合物，光照降解。
所述的应用，所述的有机染料是罗丹明-B。
本发明的有益效果是：本发明所制备的ZnOZIF-8核壳结构复合物可作为降解材料用于污水处理等领域。所制备的ZnOZIF-8核壳结构复合物可以作为光催化剂对有机染料进行降解。本发明的ZnOZIF-8核壳结构复合材料制备方法简单，具有很大的应用前景。
附图说明
图1是本发明ZnOZIF-8核壳结构复合物的XRD图。
图2是本发明ZnO中空球的扫描电镜图。
图3是本发明ZnOZIF-8核壳结构复合物的扫描电镜图。
图4是本发明ZnOZIF-8核壳结构复合物的透射电镜图。
图5是本发明ZnOZIF-8核壳结构复合物对罗丹明B(RhB)的吸附降解性能图。
具体实施方式
实施例1ZnO中空球的合成
将0.5g的醋酸锌，43mg的硅钨酸加入装有10ml水的反应釜中，于常温下，搅拌0.5-1h；以15-20℃·h-1的升温速率将反应釜升温至120摄氏度后反应72h后，得到白色沉淀，过滤、洗涤、干燥，得到ZnO中空球。产率为85％。
实施例2ZnOZIF-8核壳结构复合材料的合成
将ZnO21mg，2-甲基咪唑170mg加入到DMF与水3:1的混合溶液中，超声10min后，将装有混合溶液的聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压反应釜放入到烘箱中，以15-20℃·h-1的升温速率将烘箱升温至75摄氏度，反应24h，得到白色沉淀，过滤、洗涤、干燥，得到ZnOZIF-8核壳结构复合物。产率为78％。
本发明合成ZnOZIF-8核壳结构复合物的XRD如图1所示，ZnO与ZIF-8的特征峰与复合物ZnOZIF-8保持一致，说明所合成的物质中既含有ZnO又含有ZIF-8。本发明合成的ZnO中空球如图2所示，ZnO直径大小为1微米。ZnOZIF-8核壳结构如图3所示，与ZnO相比，其表面更加粗糙，又由图1可知，其表面既为ZIF-8。图4为ZnOZIF-8核壳结构复合物的透射电镜图，由此可知，其结构为核壳结构，且其核为中空结构。
实施例3ZnOZIF-8核壳结构复合材料光催化降解有机染料
(一)有机染料初始浓度对降解率的影响
分别取浓度为10mg/L的罗丹明B染料溶液100ml，加入10mg催化剂ZnOZIF-8(实施例1和2制备)，搅拌，暗反应30分钟，利用氙灯照射罗丹明B染料溶液，每10分钟用紫外可见光谱检测染料溶液中染料浓度的变化。结果如图5所示，552nm的特征峰强度逐渐减小，用氙灯照射后，染料降解，70分钟时最终降解率达47％。
Claims (8)
1.一种ZnOZIF-8核壳结构复合物，其特征在于，包括以下合成步骤：
1)将醋酸锌、硅钨酸和水，加入反应釜中，于常温下，搅拌0.5-1h；将反应釜升温至120摄氏度后反应72h，得到白色沉淀，即得到ZnO中空球；
2)将ZnO中空球和2-甲基咪唑，加入到DMF与水的混合溶液中，于室温下超声10min，将反应釜升温至75摄氏度后反应24h，得到白色沉淀，过滤、洗涤、干燥，得到ZnOZIF-8核壳结构复合物。
2.根据权利要求1所述的一种ZnOZIF-8核壳结构复合物，其特征在于，包括以下合成步骤：
1)将0.5g的醋酸锌，43mg的硅钨酸加入装有10ml水的反应釜中，于常温下，搅拌0.5-1h；将反应釜升温至120摄氏度后反应72h，得到白色沉淀，过滤、洗涤、干燥，得到ZnO中空球；
2)将ZnO中空球21mg和2-甲基咪唑170mg，加入到DMF与水的混合溶液中，于室温下超声10min后，将装有混合溶液的聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压反应釜放入到烘箱中，将烘箱升温至75摄氏度后反应24h，得到白色沉淀，过滤、洗涤、干燥，得到ZnOZIF-8核壳结构复合物。
3.根据权利要求1或2所述的一种ZnOZIF-8核壳结构复合物，其特征在于，步骤1)中升温速率为15-20℃·h-1。
4.根据权利要求1或2所述的ZnOZIF-8核壳结构复合物，其特征在于，步骤2)升温速率为15-20℃·h-1。
5.根据权利要求1或2所述的ZnOZIF-8核壳结构复合物，其特征在于，步骤2)中DMF与水的比为3:1。
6.权利要求1或2所述的ZnOZIF-8核壳结构复合物作为光催化剂在降解有机染料中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于方法如下：于含有有机染料的水溶液中加入权利要求1所述的ZnOZIF-8核壳结构复合物，光照降解。
8.根据权利要求6或7所述的应用，其特征在于：所述的有机染料是罗丹明-B。
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