金屬有機框架是通過金屬離子/金屬團簇與有機配體通過自組裝配位形成的一類具有周期網(wǎng)絡結構的新型有機-無機雜化晶態(tài)化合物。金屬有機框架具有大的比表面積、高孔隙率以及豐富的活性位點等優(yōu)點,使其在催化、傳感、分離和氣體儲存等領域被廣泛應用。除此之外,豐富的金屬離子和多樣的有機配體之間的組合,可以合成出具有優(yōu)秀氧化還原性的MOFs。MOFs由于其固有導電性差的缺點在電化學領域的實際應用受到限制。將MOFs與具有優(yōu)異功能的各種材料進行復合,不但可以改變其導電性差的缺點而且可以大大提升其電化學性能。本文以MOFs在電化學傳感器電極修飾材料、超級電容器和電催化電極材料分解水應用為出發(fā)點,合成了三種基于均苯三甲酸為配體的金屬有機框架材料,對其進行結構表征并詳細研究了其電化學性能。（1）用水熱法成功在g-C₃N₄上負載了MIL-100（Cr）材料制備g-C₃N₄@MIL-100（Cr）復合電極材料,并研究了其在電化學傳感檢測Pb²⁺、Cu²⁺和Hg²⁺的... 

【文章來源】：閩南師范大學福建省

【文章頁數(shù)】：111 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

HKUST-1的結構圖[6]

閩南師范大學理學碩士學位論文-2-法國Ferey課題組[7]在2005年報道了由三價鉻離子和對苯二甲酸配位形成的MIL-101(Cr)(圖1.2)。這種材料具有兩種自由直徑的介孔和兩種自由直徑的微孔窗口，這獨特的結構有利于分子在電解質和材料表面的傳遞。同時，F(xiàn)erey課題組的研究還使得通過計算機計算模擬合成MOFs成為可能。這對MOFs材料的發(fā)展有著重大的意義。圖1.2MIL-101(Cr)的結構圖[7]2006年，Huang[8]課題首次合成了以Zn2+為金屬中心和二甲基咪唑為配體的具有高熱穩(wěn)定性的沸石咪唑類框架。同年，Yaghi課題組也報道了具有典型硅鋁分子篩結構的咪唑框架材料：ZIF-1到ZIF-12。隨后的兩年內，該課題組又陸續(xù)報道了ZIF-20、ZIF-23、ZIF-68、ZIF-69、ZIF-70等材料，大大發(fā)展了的ZIF系列材料[9,10,11,12]。除了上述MOFs以外，還有挪威奧斯陸大學課題組發(fā)現(xiàn)的以UiO-66為代表的UiO系列、還有美國德州農(nóng)工大學Hong-CaiZhou組的PCN系列等許多課題組專注于MOFs材料的研究。目前，已有超過20000種MOFs被報道(比表面積最大可達到10000m2/g)并已被廣泛地用于氣體儲存和分離、能量存儲、催化、生物醫(yī)學等領域[13,14,15,16]。1.2金屬-有機框架復合材料概述金屬有機框架在研究過程中出現(xiàn)了穩(wěn)定性差和導電性差的缺點。為了改善和優(yōu)化MOFs性能，已有許多小組將MOFs材料與其他功能材料復合，形成了具有協(xié)同效應的MOF復合材料。目前，已報道的主要MOF復合材料包括：MOF-納米粒子復合材料[17]、

第一章緒論-3-MOF-碳材料復合材料[18]、MOF-量子點復合材料[19]、MOF-聚合物復合材料[20]、MOF-多金屬氧酸鹽復合材料[21]以及MOF-酶復合材料[22]。1.2.1金屬-有機框架/納米粒子復合材料納米粒子具有尺寸孝比表面積大和高的電催化活性的特點，從而引起人們的關注。但由于納米粒子表面能高，在反應過程中容易團聚，導致熱力學不穩(wěn)定，容易失活。MOFs所具有的固定的孔徑通道和大的比表面積則可以防止納米粒子發(fā)生團聚，同時還對納米粒子的生長進行了空間的約束。種種條件為實現(xiàn)MOFs和納米粒子進行復合奠定了基矗MOF-納米粒子復合材料的合成也成為了研究熱點之一。DaSliva課題組[23]報道了一種以Au納米片和Cu-MOF的復合材料，并將AuNP@Cu-MOF復合材料用于電化學傳感檢測雙酚A并且研究了其氧化行為。實驗結果表明：AuNP@Cu-MOF復合材料對雙酚A表現(xiàn)出優(yōu)異的選擇性(圖1.3檢測范圍，200-1000μM)。并且發(fā)現(xiàn)AuNp與MOF具有優(yōu)異協(xié)同作用，同時改善了電化學信號。圖1.3(A)電位變化與BPA濃度的關系；(B)響應變化與BPA濃度的線性關系[23]1.2.2金屬-有機框架/碳材料復合材料碳材料具有優(yōu)異的導電性以及密度孝低毒等特點。將碳材料與MOFs復合不僅使MOFs具有更好穩(wěn)定性和導電性，還可大大提升材料的電化學性能。Srimuk等[24]將還原性氧化石墨烯(rGO)和HKUST-1進行復合，rGO不僅提高了HKUST-1的導電性，還使得復合材料在電流密度為1A/g時表現(xiàn)出遠比單純HKUST-1

【參考文獻】：
期刊論文
[1]2D MOF Nanoflake-Assembled Spherical Microstructures for Enhanced Supercapacitor and Electrocatalysis Performances[J]. Huicong Xia,Jianan Zhang,Zhao Yang,Shiyu Guo,Shihui Guo,Qun Xu.  Nano-Micro Letters. 2017(04)
[2]Investigating metal-organic framework as a new pseudo-capacitive material for supercapacitors[J]. Long Kang,Shi-Xiong Sun,Ling-Bin Kong,Jun-Wei Lang,Yong-Chun Luo.  Chinese Chemical Letters. 2014(06)



本文編號：3486980