纳米复合材料及其制备方法
阅读说明：本技术 纳米复合材料及其制备方法 (Nanocomposite and method for preparing same ) 是由 王铁胜 斯托扬·K·斯莫科夫 傅强 高丽君 于 2019-08-08 设计创作，主要内容包括：本发明涉及制备客体@纳米多孔主体材料的方法,以及根据这些方法制备的客体@纳米多孔主体材料。根据本发明的方法包括以下步骤：在反应环境中使一种或多种试剂和目标客体前体渗透纳米多孔主体材料以发生反应,从而在纳米多孔主体材料的孔内形成目标客体物质。所述试剂包括氧化还原试剂和/或pH调节剂。通过分析适当的电化学势与pH值关系图并仔细选择适当的试剂并控制工艺条件以从选定的目标客体前体中制备出所需的目标客体颗粒,由于与已知方法相比通常可以使用更温和的反应条件,因此这种形成客体的合成策略比已知方法更加灵活和通用。(The invention relates to a method for preparing an object @ nano porous host material, and the object @ nano porous host material prepared according to the method. The method according to the invention comprises the following steps: one or more reagents and a target guest precursor are caused to permeate the nanoporous host material in a reaction environment to react to form a target guest species within the pores of the nanoporous host material. The reagent includes a redox reagent and/or a pH adjusting agent. This guest-forming synthesis strategy is more flexible and versatile than known methods, since milder reaction conditions can generally be used compared to known methods, by analyzing appropriate electrochemical potential versus pH diagrams and carefully selecting appropriate reagents and controlling process conditions to produce the desired target guest particles from the selected target guest precursors.)
本项工作部分由欧洲研究委员会(ERC)授予Stoyan K.Smoukov博士资助，EMATTER(#280078)。
发明领域
本发明涉及纳米复合材料及其制备方法。尤其但不仅仅涉及客体@纳米多孔主体材料及其制备方法。
背景
在纳米多孔主体[1-4](例如无机多孔材料[4,5]、金属有机多面体(MOP)[6,7]、金属有机框架(MOF)[1-4]、沸石、多孔二氧化硅(SiO2)、有机硅酸盐、活性炭等)的孔内负载客体(例如分子、簇或粒子)形成通常以术语“客体@纳米多孔主体材料”表示的复合材料是一种已知的制备功能纳米复合材料的策略。该策略可以得到高活性和稳定性的非均相催化剂，以及在量子限制下具有可调带结构的坚固的光致/电致发光材料。从理论上讲，这是由于客体实体的生长受到限制以及合并得以防止而实现的[8-14]。
在该领域内以及在本公开中通常使用术语“[email protected]”用于表达X在Y内部的概念。因此，术语“客体@纳米多孔主体材料”是指在纳米多孔主体材料内部(在其孔内)包含客体化合物。用于表示同一概念的替代符号/术语包括“纳米多孔主体材料客体”。
在该领域内已进行了大量工作。以Ru基客体@纳米多孔材料为例，自1990年代初以来，已经实现了许多组合，例如：
·[email protected]型沸石[15]
·[email protected][16]
·过钌酸盐@MCM-41(中孔二氧化硅)[17]
·RuO2@八面沸石[18]
·Ru-有机络合物@MOF[19–21]
同时，已经研究了几种金属@MOF体系，特别是用于CO氧化的体系，例如：
·[email protected][22]
·[email protected][23]
·Co3O4@ZIF-8[24]
·[email protected][Ce(BTC)(H2O)]·DMF[25](其中BTC是1,3,5-苯三羧酸，而DMF是二甲基甲酰胺)。
金属有机框架(MOF)是具有高度多样化的化学结构、拓扑结构和孔结构的主体基质，但化学稳定性和热稳定性较差。一般认为，在MOF主体(和某些其他纳米多孔主体)中形成比孔隙(通常也称为窗口)大得多的客体(尤其是包括氧化物、氢氧化物、硫化物、氮化物和磷化物的客体)是一项挑战有时甚至是不可能的任务。在需要形成比孔窗大的客体的情况下，在本领域中通常将其称为“瓶装船”(ship-in-bottle)组装。一般的“瓶装船”方法是通过溶液基、气相或机械混合浸渍，然后通过热分解/辐照分解或与强还原剂(例如肼(N2H4)、NaBH4或H2)发生氧化还原反应，从而将金属盐和有机金属前体负载到预先形成的主体材料的开孔框架中[8-14]。