MOF基纳米材料的合成及电催化性能研究
发布时间：2021-08-21 10:41
金属有机框架（Metal-Organic Frameworks,MOF）是一种配位聚合物,具有三维的立体结构,通常以金属离子（M）为连接点,有机配位体（O）构成空间3D延伸,通过自组装周期性排列的骨架结构（F）进行修饰或主客体组装,形成具有网络结构的晶体多孔材料,是除沸石和碳纳米管以外的一类新型多孔材料。MOF具有很多优点,比如该材料具有较大的比表面积,发达的空隙结构,孔道尺寸可调控,开放的金属位点,孔道表面易功能化,多样性的组成结构。在气体吸附、存储与分离,能量的存储与转换,荧光,化学传感,药物的释放,催化等领域都有应用前景,成为重要的研究前沿。另一方面,材料学家也将MOF作为一种金属前驱体分散的方法,通过直接高温热解MOF材料使其转化为相应碳基材料,将MOF用于功能化的碳材料中,或者单原子催化剂的合成中去。催化剂的微观形貌和状态与制备方法密切相关。采用不同的制备方法得到的催化剂的形貌状态有很大的不同,其催化剂活性往往也有很大不同。利用过渡金属锰（Mn）、钼（Mo）等非贵金属对MOF进行修饰,Mn、Mo等金属盐与MOF中含N的配体形成不同形貌的双金属MOF材料,采用此种方法构筑的复合...
【文章来源】：河南师范大学河南省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
可充电锌-空电池的机理图
5迄今为止，已经研究报道了20,000多种不同形态的MOF，其比表面积通常在1,000至10,000m2g-1之间，超越了传统的多孔材料，如活性炭材料和沸石分子筛材料[29]。2009-2017年短短的八年时间里，WebofScience数据库报道与MOF材料相关的论文数量统计结果（如图1-2），仅2017年相关论文量达到近8000篇，图中柱状图我们可以看出MOF材料发展十分迅速。图1-22009-2017年WebofScience数据库报道与MOF材料相关论文数量统计结果。Fig.1-2Numberofrelatedtometal-organicframeworksmaterialsintheWebofSciencedatabasefrom2009to2017.1.4.1MOF材料的研究进展约旦裔美籍无机化学家、材料化学家、超分子化学家OmarYaghi教授，他与他的实验室设计并生产了金属有机框架（MOF）、沸石咪唑酯骨架构造体（ZIF）以及共价有机框架材料（COF）[30-32]，是MOF，COF，ZIF的名字创始人。研究方向包括MOF的结构设计，晶体生长，催化电容等。法国化学家GerardFerey教师，MOF创始人之一，MIL系列的创始人，也是MOF领域最早用粉末测结构的人。主要研究高价金属的MOF，比如铁、铝、锆等。日本无机化学家北川进，MOF创始人之一，他的MOF都称为多孔配位聚合物（PorousCoordinationPolymers（PCP））。主要研究结构变化带来的性质变化，在柔性PCP对于气体吸附和分离方向具有特色性。陈小明院士和他的团队在国际上较早开展配位聚合物和多孔MOF材料研究，是该领域国际上主要开拓者之一[33,34]。在国际上首次合成、报道了一种金属-咪唑微孔材料（ZIF-8/MAF-4），因其优异的稳定性和性能，成为国际上研究最多的MOF之一，有望广泛应用于石油化工和精细化工中的分离、催化过程[35,36]。洪茂椿院士在国际上率先提
6出功能导向自组装法设计合成纳米团簇分子、金属有机纳米笼、纳米管和纳米线，开辟了一条研制纳米团簇与金属-有机纳米器件的新途径，成功制备出系列一维、二维金属-有机聚合物材料。1.4.2MOF材料的合成金属有机框架（MOF）由于其高度多样化的框架拓扑结构和可定制的有机功能，成为一种备受关注的混合纳米多孔晶体态材料；MOF是由多种有机桥联配体和丰富的金属离子或簇，通过金属与配体的络合作用，自组装形成的具有超分子微孔网络结构的一种具有前途的类沸石[37,38]。有机桥联配体通常由刚性芳香环组成，如均苯三酸和对苯二甲酸。一种MOF典型构造步骤（图1-3）[39]。一直以来，研究人员认为MOF材料不稳定，难以实现商业应用。通常情况下，MOF材料中客体分子（有机配体、反应溶剂）一旦被移除，材料就会出现坍塌，但经过全球科研人员的努力研究，MOF已经为走向商业化应用作好准备[30,35]。图1-3一种MOF典型构造步骤Fig.1-3AtypicalconstructionstepofanMOF.随着MOF材料在技术中的突破，多种不同形态的MOF材料逐渐增加，其制备方法也逐步完善，目前常用的制备方法有以下几种：水（溶剂）热法、微波反应热法、扩散法、固相反应研磨法。这四种方法各有优缺，相互补充。1、水（溶剂）热法[40]。水热法或者溶剂热法是合成MOF最常用的方法，将可溶性的金属盐（硝酸盐、醋酸盐等）和有机桥联配体（均苯三酸、对苯二甲酸等）通过一定的比例在二次水或者有机溶剂中均匀混合，在耐高压的密闭容器中通过调节和控制反应温度进行反应。该实验方法操作简单，可以制备出结晶度高的MOF材料。2、微波反应热法[41]。微波反应热法采用微波的方式，带电粒子快速碰撞，提供反
【参考文献】：
期刊论文
[1]Development of the zinc-air power battery on electric bicycles in China[J]. Zhu Mei1, Xu Xianzhi2, Song Hui2, Li Fen2 (1. School of Engineering, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China;2. Department of Mechanics and Mechanical Engineering, University of Science and Technology of China, Hefei 230027, China). Engineering Sciences. 2008(03)
[2]锌空气电池空气电极催化材料的研究[J]. 周震涛,周晓斌. 稀有金属材料与工程. 2002(06)
本文编号：3355447
【文章来源】：河南师范大学河南省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
可充电锌-空电池的机理图
5迄今为止，已经研究报道了20,000多种不同形态的MOF，其比表面积通常在1,000至10,000m2g-1之间，超越了传统的多孔材料，如活性炭材料和沸石分子筛材料[29]。2009-2017年短短的八年时间里，WebofScience数据库报道与MOF材料相关的论文数量统计结果（如图1-2），仅2017年相关论文量达到近8000篇，图中柱状图我们可以看出MOF材料发展十分迅速。图1-22009-2017年WebofScience数据库报道与MOF材料相关论文数量统计结果。Fig.1-2Numberofrelatedtometal-organicframeworksmaterialsintheWebofSciencedatabasefrom2009to2017.1.4.1MOF材料的研究进展约旦裔美籍无机化学家、材料化学家、超分子化学家OmarYaghi教授，他与他的实验室设计并生产了金属有机框架（MOF）、沸石咪唑酯骨架构造体（ZIF）以及共价有机框架材料（COF）[30-32]，是MOF，COF，ZIF的名字创始人。研究方向包括MOF的结构设计，晶体生长，催化电容等。法国化学家GerardFerey教师，MOF创始人之一，MIL系列的创始人，也是MOF领域最早用粉末测结构的人。主要研究高价金属的MOF，比如铁、铝、锆等。日本无机化学家北川进，MOF创始人之一，他的MOF都称为多孔配位聚合物（PorousCoordinationPolymers（PCP））。主要研究结构变化带来的性质变化，在柔性PCP对于气体吸附和分离方向具有特色性。陈小明院士和他的团队在国际上较早开展配位聚合物和多孔MOF材料研究，是该领域国际上主要开拓者之一[33,34]。在国际上首次合成、报道了一种金属-咪唑微孔材料（ZIF-8/MAF-4），因其优异的稳定性和性能，成为国际上研究最多的MOF之一，有望广泛应用于石油化工和精细化工中的分离、催化过程[35,36]。洪茂椿院士在国际上率先提
6出功能导向自组装法设计合成纳米团簇分子、金属有机纳米笼、纳米管和纳米线，开辟了一条研制纳米团簇与金属-有机纳米器件的新途径，成功制备出系列一维、二维金属-有机聚合物材料。1.4.2MOF材料的合成金属有机框架（MOF）由于其高度多样化的框架拓扑结构和可定制的有机功能，成为一种备受关注的混合纳米多孔晶体态材料；MOF是由多种有机桥联配体和丰富的金属离子或簇，通过金属与配体的络合作用，自组装形成的具有超分子微孔网络结构的一种具有前途的类沸石[37,38]。有机桥联配体通常由刚性芳香环组成，如均苯三酸和对苯二甲酸。一种MOF典型构造步骤（图1-3）[39]。一直以来，研究人员认为MOF材料不稳定，难以实现商业应用。通常情况下，MOF材料中客体分子（有机配体、反应溶剂）一旦被移除，材料就会出现坍塌，但经过全球科研人员的努力研究，MOF已经为走向商业化应用作好准备[30,35]。图1-3一种MOF典型构造步骤Fig.1-3AtypicalconstructionstepofanMOF.随着MOF材料在技术中的突破，多种不同形态的MOF材料逐渐增加，其制备方法也逐步完善，目前常用的制备方法有以下几种：水（溶剂）热法、微波反应热法、扩散法、固相反应研磨法。这四种方法各有优缺，相互补充。1、水（溶剂）热法[40]。水热法或者溶剂热法是合成MOF最常用的方法，将可溶性的金属盐（硝酸盐、醋酸盐等）和有机桥联配体（均苯三酸、对苯二甲酸等）通过一定的比例在二次水或者有机溶剂中均匀混合，在耐高压的密闭容器中通过调节和控制反应温度进行反应。该实验方法操作简单，可以制备出结晶度高的MOF材料。2、微波反应热法[41]。微波反应热法采用微波的方式，带电粒子快速碰撞，提供反
【参考文献】：
期刊论文
[1]Development of the zinc-air power battery on electric bicycles in China[J]. Zhu Mei1, Xu Xianzhi2, Song Hui2, Li Fen2 (1. School of Engineering, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China;2. Department of Mechanics and Mechanical Engineering, University of Science and Technology of China, Hefei 230027, China). Engineering Sciences. 2008(03)
[2]锌空气电池空气电极催化材料的研究[J]. 周震涛,周晓斌. 稀有金属材料与工程. 2002(06)
本文编号：3355447
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