一种基于铁基MOF的低维混合碳网络及其制备方法

本发明属于吸波材料，更具体地，涉及一种基于铁基mof的低维混合碳网络及其制备方法。

背景技术：

1、人们正在大力开发具有低密度、薄厚度、宽吸收带宽和强反射损耗的高效微波吸收(ma)材料。研究表明，具有单一损耗机制(磁损、介损等)的传统吸波材料由于阻抗失配问题很难实现高效吸波的目标。因此，目前的重点之一是开发新的磁/介电复合材料，在这种材料中，多种损耗机制共存，并且可以调节磁导率和介电常数，改善阻抗匹配特性。

2、近年来，人们普遍认为金属有机框架(mofs)是获得金属纳米颗粒装饰多孔碳的理想模板，可用于制备磁/介电耦合复合材料。mofs是一类新型多孔晶体材料，由作为节点的中心金属离子和作为桥接成分的有机配体组成。mofs具有表面积大、孔隙率可调、结构可控等优点。因此，它们被广泛应用于电磁波吸收、气体储存、催化和医药等领域。大多数mof热解衍生物保留了其母体结构的原始形态和多孔特性，有利于微波吸收(ma)应用。这些mof衍生物的例子包括由fe基mof衍生的fe/c棒状纳米复合材料、由co基mof衍生的co/c片状纳米复合材料以及由ni基mof衍生的ni/c球状纳米复合材料等。然而，如何合理设计和控制mof衍生物的形态结构，以及理解形态结构与ma性能之间的关系，还需要进一步研究。

3、以往的研究表明，将不同的低维碳材料组装或杂化以制备1d-2d混合碳网络是提高ma性能的有效手段，这可归因于不同低维材料成分的协同效应。一维(1d)碳结构，如碳纳米管(cnts)、纳米棒和纳米线，由于具有高导电性和大长径比等优异性能，被广泛用作微波吸收(ma)材料。而二维(2d)碳结构，如碳纳米片和石墨烯，具有密度低、比表面积大、介质损耗能力强等特点。此外，碳纳米片和石墨烯可作为各种纳米材料的理想载体。因此，采用简单的方法构建混合碳网络受到了广泛关注。目前，有关co和ni等金属催化剂在高温下将碳源转化为cnts的催化机理已逐渐被报道。然而，热解mof得到衍生物与cnts结合的低维混合碳网络往往受到热解温度、mof本身的形态和结构、中心金属离子的类型以及热解过程中碳源是否充足等因素的制约。为了实现内核为mofs衍生物、外层为cnts网络的纳米复合材料，可用醋酸蚀刻二维叶状结构zif-l，得到了更薄的片状结构，有利于催化cnts生长，但代价是zif-l的形态结构受到损害。最近，一些研究人员引入了硫或三聚氰胺等添加剂来增加热解过程中的碳源，从而也促进了cnts的生长。然而，前驱体设计、添加剂选择、温度和气氛控制等实验参数使得实验过程过于复杂。因此，通过简单的方案实现低维混合碳网络，仍然是一个挑战。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于铁基mof的低维混合碳网络及其制备方法，其目的在于，构建二维碳片与碳纳米管组合的低维混合碳网络，提高材料吸波性能。

2、为实现上述目的，按照本发明的一方面，提出了一种基于铁基mof的低维混合碳网络的制备方法，包括如下步骤：

3、s1、将亚铁盐、锌盐、2-甲基咪唑和聚乙烯吡络烷酮溶于水，形成混合溶液进行复合，然后离心烘干得到具有二维六方片状结构的fe-zif-l；

4、s2、对前驱体铁基mof进行热解，热解温度为600～750℃，使其转换为二维碳片与碳纳米管相互连接的低维混合碳网络。

5、作为进一步优选的，亚铁盐与锌盐的摩尔比为1:2～1:10。

6、作为进一步优选的，亚铁盐与锌盐的摩尔比为1:5。

7、作为进一步优选的，聚乙烯吡络烷酮在混合溶液中的浓度为4g/l～7g/l。

8、作为进一步优选的，复合时，温度为25～30℃，并在搅拌条件下反应20～24h。

9、作为进一步优选的，对前驱体铁基mof进行热解时，热解时间为2～4h。

10、作为进一步优选的，对前驱体铁基mof进行热解时，升温速率为2～5℃/min。

11、作为进一步优选的，亚铁盐为七水合硫酸亚铁或硝酸亚铁，锌盐为六水合硝酸锌或硫酸锌。

12、作为进一步优选的，对前驱体铁基mof进行热解，热解温度为700℃。

13、按照本发明的另一方面，提供了一种低维混合碳网络，其采用上述基于铁基mof的低维混合碳网络的制备方法制备而成。

14、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

15、1.本发明通过亚铁盐、锌盐、2-甲基咪唑和聚乙烯吡络烷酮复合形成六方片状结构的前驱体铁基mof(fe-zif-l)，进而利用热解过程中高形成焓配体碳源(2-甲基咪唑)和高催化活性金属碳化物(亚铁盐在高温下碳热还原)，在不添加额外碳源、不设置复杂的热解条件的情况下，通过一步热解法，仅控制热解温度就实现了二维碳片与碳纳米管组合的低维混合碳网络的构建，这些网络的构建促进了高效电子传输、高界面极化、多种损耗机制和阻抗匹配，从而提高了吸波性能，在较低的匹配厚度下实现了较高的反射损耗和较宽的有效带宽。

16、2.本发明通过调节热解温度有效控制cnts的长度和负载量，从而获得不同结构形态的杂化碳网络。当热解温度过低时，会导致cnts负载量过低，混合碳网络结构的微波吸收性能不理想；当热解温度过高时，会导致整个碳片结构坍塌，不能形成1d-2d结构，微波吸收性能下降。据此设计热解温度，从而产生独特的1d-2d混合碳网络结构。同时，热解过程中生成了磁性fe粒子，实现了磁电协同效应，提高了磁损耗能力的同时改善了阻抗匹配特性，在吸波领域具有良好的发展和应用前景。

17、3.本发明通过控制亚铁盐、锌盐比例，适当提高锌盐比列可以有效使得前驱体在热解后由于锌的挥发促进轻质多孔碳片的生成，并在一定程度上促进cnts的生长。通过控制pvp的浓度能有效控制成核生长过程中离子的选择性吸附，可以更好抑制晶体沿垂直于(001)晶面的方向生长，从而合成出具有六角片状结构的fe-zif-l前驱体。

1.一种基于铁基mof的低维混合碳网络的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的基于铁基mof的低维混合碳网络的制备方法，其特征在于，亚铁盐与锌盐的摩尔比为1:2～1:10。

3.如权利要求2所述的基于铁基mof的低维混合碳网络的制备方法，其特征在于，亚铁盐与锌盐的摩尔比为1:5。

4.如权利要求1所述的基于铁基mof的低维混合碳网络的制备方法，其特征在于，聚乙烯吡络烷酮在混合溶液中的浓度为4g/l～7g/l。

5.如权利要求1所述的基于铁基mof的低维混合碳网络的制备方法，其特征在于，复合时，温度为25～30℃，并在搅拌条件下反应20～24h。

6.如权利要求1所述的基于铁基mof的低维混合碳网络的制备方法，其特征在于，对前驱体铁基mof进行热解时，热解时间为2～4h。

7.如权利要求1所述的基于铁基mof的低维混合碳网络的制备方法，其特征在于，对前驱体铁基mof进行热解时，升温速率为2～5℃/min。

8.如权利要求1所述的基于铁基mof的低维混合碳网络的制备方法，其特征在于，亚铁盐为七水合硫酸亚铁或硝酸亚铁，锌盐为六水合硝酸锌或硫酸锌。

9.如权利要求1-8任一项所述的基于铁基mof的低维混合碳网络的制备方法，其特征在于，对前驱体铁基mof进行热解，热解温度为700℃。

10.一种低维混合碳网络，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的基于铁基mof的低维混合碳网络的制备方法制备而成。