ZnO@ZIFs纳米材料的合成及其光电性质的研究

发布时间：2017-03-22 03:12

  本文关键词：ZnO@ZIFs纳米材料的合成及其光电性质的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：金属有机框架(metal-organic frameworks, MOFs)材料是基于金属阳离子(如Zn2+)和电子给予体(如羧酸盐和胺)之间经典的配位键结合而成的晶体材料。这两组分通常在溶液中通过自组装合成具有刚性孔道结构的MOFs,该孔道结构不会因为溶剂分子或者其它客体分子的移除而塌陷。无机与有机部分的存在使得MOFs的孔径大小和化学环境可以通过特定的调整而得到。与单纯的MOFs材料相比,MOFs与其它功能材料相结合而成的异质结构则会因为两者的协同作用而表现出更多的优势。ZnO作为一种半导体功能材料,在光电化学上具有很好的应用,ZnO半导体和MOFs组成的核壳异质结构在光电传感器上具有很大的应用前景,它对不同尺寸的分子将表现出不同的光电响应。 在这里,我们提出了一种自模板的方法以制备一系列ZnO@MOF核壳异质结构。在合成中,ZnO纳米棒及其阵列不仅充当了模板,又为Zn-MOF的形成提供了Zn2+。在此基础上,我们还对ZnO@MOF核壳异质结构进行了系统的光电响应探究。主要的研究结果如下： (1)利用ZnO为基础的自模板方法,在H20和N,N-二甲基甲酰胺的溶剂中合成出了四种ZnO@MOF核壳异质结构,分别为ZnO@Zn(Im)2、 ZnO@Zn(EIm)2、 ZnO@ZIF-7、 ZnO@ZIF-71,该四种MOF结构具有不同的孔径大小。除此之外,我们还详细研究了溶剂比例和反应温度对ZnO@MOF核壳结构形貌的影响。 (2)通过时间反应,对四种核壳异质结构ZnO@Zn(Im)2、 ZnO@Zn(EIm)2、 ZnO@ZIF-7、 ZnO@ZIF-71的生长进行了观察,发现它们有两种不同的生长机理。这取决于它们各自的壳层孔道与对应配体的尺寸大小关系。ZnO@Zn(Im)2和ZnO@ZIF-7在生长过程中表现为配体分子可以自由进出壳层孔道,呈现ZnO核逐渐变细,MOF壳逐渐增厚的过程。与ZnO@Zn(Im)2不同的是,ZnO@ZIF-7生长中配体在壳层的自由出入源于ZIF-7的“开门效应”或者说是“呼吸作用”的存在ZnO@Zn(EIm)2和ZnO@ZIF-71的配体很难自由进出孔道,当MOF完全覆盖ZnO核之后,MOF壳和ZnO核的厚度均无明显变化。 (3)选用甲醇、异丙醇、叔丁醇和苯甲醇为捕获剂系统的研究了ZnO@Zn(EIm)2, ZnO@ZIF-7. ZnO@ZIF-71的光电化学性质。ZnO@Zn(EIm)2和ZnO@ZIF-71与我们预期相符,对四种捕获剂都表现出与孔道大小相对应的选择性光电响应,而Zn@ZIF-7却异常的表现出对所有捕获剂的选择。此光电化学测试显示出了壳层ZIFs的尺寸选择性,并且再次证明了ZIF-7结构中“开门效应”或者说“呼吸作用”。
【关键词】：ZnO@ZIFs复合材料 核壳结构 水热合成法 光电响应
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O627.23
【目录】：

• 摘要11-13
• Abstract13-15
• 第一章 绪论15-40
• 1.1 骨架类材料的发展15-19
• 1.1.1 沸石分子筛15-16
• 1.1.2 金属有机骨架材料16-17
• 1.1.3 沸石咪唑骨架材料17-19
• 1.2 金属有机框架的合成方法19-25
• 1.2.1 微波合成法20-21
• 1.2.2 声化学合成法21-22
• 1.2.3 机械化学合成法22-23
• 1.2.4 连接控制23-24
• 1.2.5 后合成修饰24-25
• 1.3 金属有机框架的性质与应用25-30
• 1.3.1 基于MOFs的分离25-27
• 1.3.2 MOFs在催化上的应用27-28
• 1.3.3 MOF在药物传递中的应用28-29
• 1.3.4 MOF在传感器中的应用29-30
• 1.4 本论文的选题背景和主要研究内容30-31
• 参考文献31-40
• 第二章 ZnO@ZIFs的合成研究40-88
• 2.1 前言40-41
• 2.2 实验试剂与仪器41-42
• 2.2.1 实验药品41
• 2.2.2 实验仪器41-42
• 2.3 ZnO纳米棒和ZnO纳米阵列的制备与表征42-44
• 2.3.1 制备42
• 2.3.2 表征42-44
• 2.4 ZnO@Zn(Im)_2制备及其合成研究44-54
• 2.4.1 ZnO@Zn(Im)_2的制备44
• 2.4.2 ZnO@Zn(Im)_2的表征44-46
• 2.4.3 反应投料比对ZnO@Zn(Im)_2形貌和结构的影响46-49
• 2.4.4 反应溶剂比对ZnO@Zn(Im)_2形貌和结构的影响49-52
• 2.4.5 反应温度对ZnO@Zn(Im)_2形貌和结构的影响52-54
• 2.5 ZnO@Zn(EIm)_2制备及其合成研究54-61
• 2.5.1 ZnO@Zn(EIm)_2的制备54-55
• 2.5.2 ZnO@Zn(EIm)_2的表征55-57
• 2.5.3 反应溶剂比对ZnO@Zn(EIm)_2形貌和结构的影响57-59
• 2.5.4 反应温度对ZnO@Zn(EIm)_2形貌和结构的影响59-61
• 2.6 ZnO@ZIF-7制备及其合成研究61-68
• 2.6.1 ZnO@ZIF-7的制备61-62
• 2.6.2 ZnO@ZIF-7的表征62-63
• 2.6.3 反应溶剂比对ZnO@ZIF-7形貌和结构的影响63-66
• 2.6.4 反应温度对ZnO@ZIF-7形貌和结构的影响66-68
• 2.7 ZnO@ZIF-71制备及其合成研究68-75
• 2.7.1 ZnO@ZIF-71的制备68
• 2.7.2 ZnO@ZIF-71的表征68-70
• 2.7.3 反应溶剂比对ZnO@ZIF-71形貌和结构的影响70-73
• 2.7.4 反应温度对ZnO@ZIF-71形貌和结构的影响73-75
• 2.8 实验讨论75-82
• 2.9 本章小结82
• 参考文献82-88
• 第三章 ZnO@ZIFs的光电性质测试88-97
• 3.1 前言88
• 3.2 实验药品及仪器88-89
• 3.3 ZnO@ZIFs的光电性质测试与讨论89-94
• 3.4 本章小结94
• 参考文献94-97
• 附录97-98
• 致谢98-99

【共引文献】

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  本文关键词：ZnO@ZIFs纳米材料的合成及其光电性质的研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：260773