湖南工业大学

包装与材料工程学院

湖南 株洲 412007

1 研究背景

金属-有机框架（metal-organic frameworks，MOFs）是由金属离子或金属离子簇与有机配体配位组成的二维或三维的多孔晶体材料[1-2]。MOFs具有高孔隙率和良好的化学稳定性，以及大比表面积的结构特性[3]，因此其比其它多孔材料具有更广泛的应用前景，如均相催化和多相催化[4-5]、气体传感器[6]、医学成像[7]、药物输送[8]、电子储能[9]、物质捕获[10]和物质分离[11]等。

MIL-101(Cr)是一种经典的铬基MOF，与大部分的MOFs材料相比，具有良好的水稳定性[12]。MIL-101(Cr)在吸附领域中受到了广泛的关注。研究人员最初从研究气体的吸附开始，如MIL-101(Cr)对H2[13]、H2S[14]、CO2[15]等气体的吸附，直到近些年，才逐渐研究MIL-101(Cr)对甲苯[16]、有机染料[17-18]、重金属离子[19]等污染物的吸附。但MIL-101(Cr)的孔径较小（小于2 nm），因而其在大分子负载领域的应用受到限制。

鉴于此，研究人员提出合成具有分级结构的MIL-101(Cr)，该结构不但可以使MIL-101(Cr)具有原来材料的优异性能，还使其具有比一般的微孔MIL-101(Cr)更强的吸附性能。但由于MIL-101(Cr)特有的高稳定性，其制备难度较大，因此有关分级结构MIL-101(Cr)合成方法的报道较少。

本课题组在先前的研究[20]中，以苯基膦酸（phenylphosphonic acid，PPOA）为调节剂，采用水热法合成了具有稳定分级结构的MIL-101(Cr)。苯基膦酸的存在会造成MIL-101(Cr)的结构缺陷并产生更大的介孔，因而合成的MIL-101(Cr)有宽4～10 nm的介孔，且具有良好的微-介孔分级结构。但实验过程中会用到剧毒性的氢氟酸，难免对研究人员和环境造成危害。后续研究[21-23]发现，适宜浓度的乙酸可以代替剧毒性的氢氟酸合成纳米级别MIL-101(Cr)。在该反应体系中，当Cr3+与乙酸的物质的量比为1:12时，可以得到部分含有微-介孔分级结构的MIL-101(Cr)。……