【摘要】：隨著全球科技化進程的加劇,各個領(lǐng)域?qū)τ谛虏牧系男枨蠖颊宫F(xiàn)出與日俱增的態(tài)勢。金屬有機骨架材料(Metal-Organic Framework,MOF)作為一類新穎的有機-無機雜化材料,因其拓撲多樣性,功能可調(diào)性,多孔性及容易制備等特點備受研究者青睞。近年來,MOF材料在諸如能源、環(huán)境、傳感、醫(yī)學等領(lǐng)域均展現(xiàn)出極大的應(yīng)用潛力。而鑒于環(huán)境污染一直以來都是人類所面臨的共同問題和挑戰(zhàn),本文的研究工作主要圍繞MOF材料的環(huán)境應(yīng)用展開。MOF材料在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括污染物的吸附與檢測。當作為吸附劑使用時,盡管已有研究均表明MOF材料具有很大的潛力,但是這類材料目前還存在成本偏高,吸附容量有限的問題;當用于污染物檢測時,由于檢測形式多樣,MOF材料還有很大的發(fā)展空間�；谶@些考慮,本文圍繞MOF材料的制備及環(huán)境應(yīng)用開展了以下工作:(1)在不增加材料制備成本的前提下探索改善MOF吸附容量的新方法。即以ZnO、ZrCl4、2,2'-聯(lián)吡啶-5,5'-二羧酸為原料,通過溶劑熱法制備了凝膠狀的ZnO/Zr-MOF(bpy)納米復(fù)合材料�；谄淠z體特性,ZnO/Zr-MOF(bpy)的質(zhì)構(gòu)性能得到顯著改善,因此,與非凝膠態(tài)的Zr-MOF(bpy)相比,ZnO/Zr-MOF(bpy)具有更大的吸附容量,更適合作為吸附劑材料使用。在本研究中該復(fù)合材料可用于染料廢水處理,對陽離子染料羅丹明B(RhB)展現(xiàn)出極佳的吸附能力,并且在吸附條件下展現(xiàn)出良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。(2)通過材料形貌與結(jié)構(gòu)的控制進一步改善以MOF材料為模板得到的金屬氧化物半導(dǎo)體材料的氣敏性能。即以MOF材料為模板通過煅燒制備了 n-型ZnO半導(dǎo)體,考察了該ZnO結(jié)構(gòu)對于痕量丙酮(3ppm)的檢測。研究表明,所制備的ZnO是一種由原生納米顆粒組裝而成的分級立方體結(jié)構(gòu),這一結(jié)構(gòu)特征賦予材料更多的表面活性位點,且有利于氣體分子的駐留,因此該材料在痕量丙酮檢測方面表現(xiàn)優(yōu)越。通過進一步的摻金優(yōu)化,得到的Au/ZnO復(fù)合材料能夠在更低的溫度下使用,且對丙酮的響應(yīng)能力大大提升,其對3 ppm丙酮的響應(yīng)值Ra/Rg高達144,是單一 ZnO的～5倍,這在已有研究的基礎(chǔ)上取得了重大突破。(3)以MOF材料為模板通過煅燒制備了 p-型Co304半導(dǎo)體,考察了該材料的VOCs(Volatile Organic Compounds)傳感特性。在本研究中,通過MOF煅燒得到的C03O4在維持MOF模板立方體形貌的基礎(chǔ)上獲得了有利于氣體吸附與擴散的介孔結(jié)構(gòu)。VOCs傳感的結(jié)果表明,該Co304結(jié)構(gòu)對丙酮具有較高的傳感響應(yīng),在10 ppm丙酮濃度下響應(yīng)值Rg/Ra達到了 12,優(yōu)于大多數(shù)已報道的Co304材料。此外通過合成后的吸附熱解過程,Au納米粒子被成功引入Co3O4結(jié)構(gòu)中,得到的Au/Co3O4復(fù)合材料因為金屬-半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的形成以及Au納米粒子的電子及化學敏化作用,對丙酮的傳感能力得以進一步提升。
【圖文】：

囼邋＝逡逑灥媝逡逑金骨架ＭＯＦ逡逑圖１．１金屬有機骨架材料ＭＯＦ的組裝示意圖逡逑１．２金屬有機骨架材料（ＭＯＦ）逡逑１．２．１邐ＭＯＦ材料的發(fā)展逡逑金屬有機骨架材料，也稱之為多孔配位聚合物材料，最早由美國的Ｏ．Ｍ．Ｙａｇｈｉ團隊逡逑于１９９５年提出［２２］。在這之后，ＭＯＦ材料的發(fā)展大致可以分為兩大分支，即基于新結(jié)構(gòu)逡逑合成的研究與拓展ＭＯＦ材料新應(yīng)用的探索。在新結(jié)構(gòu)合成方面，依據(jù)所采用的策略以逡逑及前驅(qū)物的不同，ＭＯＦ材料主要被歸為以下幾個系列：逡逑（丨）在具有代表性的ＭＯＦ材料ＭＯＦ－５邋（ＩＲＭ０Ｆ－１）的基礎(chǔ)上通過對有機配體對苯二逡逑甲酸進行延長或官能團的修飾，Ｙａｇｈｉ團隊構(gòu)筑了一系列與ＭＯＦ－５擁有相同拓撲結(jié)構(gòu)的逡逑孔徑可調(diào)的ＭＯＦ結(jié)構(gòu)，即著名的ＩＲ－ＭＯＦ系列（Ｉｓｏｒｅｔｉｃｕｌａｒ－ＭＯＦ），如圖１．２所示［２３］。通逡逑過延長二羧酸配體的長度，能有效地將材料的孔徑由Ｍ０Ｆ－５的微孔逐步拓展到介孔，逡逑且材料的孔隙率也大大提升。逡逑＿＿：＿擫逡逑圖１．２邋ＩＲＭＯＦ－１？１６的結(jié)構(gòu)示意圖逡逑２逡逑

（丨）在具有代表性的ＭＯＦ材料ＭＯＦ－５邋（ＩＲＭ０Ｆ－１）的基礎(chǔ)上通過對有機配體對苯二逡逑甲酸進行延長或官能團的修飾，，Ｙａｇｈｉ團隊構(gòu)筑了一系列與ＭＯＦ－５擁有相同拓撲結(jié)構(gòu)的逡逑孔徑可調(diào)的ＭＯＦ結(jié)構(gòu)，即著名的ＩＲ－ＭＯＦ系列（Ｉｓｏｒｅｔｉｃｕｌａｒ－ＭＯＦ），如圖１．２所示［２３］。通逡逑過延長二羧酸配體的長度，能有效地將材料的孔徑由Ｍ０Ｆ－５的微孔逐步拓展到介孔，逡逑且材料的孔隙率也大大提升。逡逑＿＿：＿擫逡逑圖１．２邋ＩＲＭＯＦ－１？１６的結(jié)構(gòu)示意圖逡逑２逡逑
【學位授予單位】：中國工程物理研究院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TB34;X703

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本文編號：2698149