微纳结构镍和铬基金属—有机框架及其复合材料的电化学性能研究
发布时间：2021-11-10 09:00
金属有机框架是通过金属离子/金属团簇与有机配体通过自组装配位形成的一类具有周期网络结构的新型有机-无机杂化晶态化合物。金属有机框架具有大的比表面积、高孔隙率以及丰富的活性位点等优点,使其在催化、传感、分离和气体储存等领域被广泛应用。除此之外,丰富的金属离子和多样的有机配体之间的组合,可以合成出具有优秀氧化还原性的MOFs。MOFs由于其固有导电性差的缺点在电化学领域的实际应用受到限制。将MOFs与具有优异功能的各种材料进行复合,不但可以改变其导电性差的缺点而且可以大大提升其电化学性能。本文以MOFs在电化学传感器电极修饰材料、超级电容器和电催化电极材料分解水应用为出发点,合成了三种基于均苯三甲酸为配体的金属有机框架材料,对其进行结构表征并详细研究了其电化学性能。（1）用水热法成功在g-C3N4上负载了MIL-100（Cr）材料制备g-C3N4@MIL-100（Cr）复合电极材料,并研究了其在电化学传感检测Pb2+、Cu2+和Hg2+的...
【文章来源】：闽南师范大学福建省
【文章页数】：111 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
HKUST-1的结构图[6]
闽南师范大学理学硕士学位论文-2-法国Ferey课题组[7]在2005年报道了由三价铬离子和对苯二甲酸配位形成的MIL-101(Cr)(图1.2)。这种材料具有两种自由直径的介孔和两种自由直径的微孔窗口，这独特的结构有利于分子在电解质和材料表面的传递。同时，Ferey课题组的研究还使得通过计算机计算模拟合成MOFs成为可能。这对MOFs材料的发展有着重大的意义。图1.2MIL-101(Cr)的结构图[7]2006年，Huang[8]课题首次合成了以Zn2+为金属中心和二甲基咪唑为配体的具有高热稳定性的沸石咪唑类框架。同年，Yaghi课题组也报道了具有典型硅铝分子筛结构的咪唑框架材料：ZIF-1到ZIF-12。随后的两年内，该课题组又陆续报道了ZIF-20、ZIF-23、ZIF-68、ZIF-69、ZIF-70等材料，大大发展了的ZIF系列材料[9,10,11,12]。除了上述MOFs以外，还有挪威奥斯陆大学课题组发现的以UiO-66为代表的UiO系列、还有美国德州农工大学Hong-CaiZhou组的PCN系列等许多课题组专注于MOFs材料的研究。目前，已有超过20000种MOFs被报道(比表面积最大可达到10000m2/g)并已被广泛地用于气体储存和分离、能量存储、催化、生物医学等领域[13,14,15,16]。1.2金属-有机框架复合材料概述金属有机框架在研究过程中出现了稳定性差和导电性差的缺点。为了改善和优化MOFs性能，已有许多小组将MOFs材料与其他功能材料复合，形成了具有协同效应的MOF复合材料。目前，已报道的主要MOF复合材料包括：MOF-纳米粒子复合材料[17]、
第一章绪论-3-MOF-碳材料复合材料[18]、MOF-量子点复合材料[19]、MOF-聚合物复合材料[20]、MOF-多金属氧酸盐复合材料[21]以及MOF-酶复合材料[22]。1.2.1金属-有机框架/纳米粒子复合材料纳米粒子具有尺寸孝比表面积大和高的电催化活性的特点，从而引起人们的关注。但由于纳米粒子表面能高，在反应过程中容易团聚，导致热力学不稳定，容易失活。MOFs所具有的固定的孔径通道和大的比表面积则可以防止纳米粒子发生团聚，同时还对纳米粒子的生长进行了空间的约束。种种条件为实现MOFs和纳米粒子进行复合奠定了基矗MOF-纳米粒子复合材料的合成也成为了研究热点之一。DaSliva课题组[23]报道了一种以Au纳米片和Cu-MOF的复合材料，并将AuNP@Cu-MOF复合材料用于电化学传感检测双酚A并且研究了其氧化行为。实验结果表明：AuNP@Cu-MOF复合材料对双酚A表现出优异的选择性(图1.3检测范围，200-1000μM)。并且发现AuNp与MOF具有优异协同作用，同时改善了电化学信号。图1.3(A)电位变化与BPA浓度的关系；(B)响应变化与BPA浓度的线性关系[23]1.2.2金属-有机框架/碳材料复合材料碳材料具有优异的导电性以及密度孝低毒等特点。将碳材料与MOFs复合不仅使MOFs具有更好稳定性和导电性，还可大大提升材料的电化学性能。Srimuk等[24]将还原性氧化石墨烯(rGO)和HKUST-1进行复合，rGO不仅提高了HKUST-1的导电性，还使得复合材料在电流密度为1A/g时表现出远比单纯HKUST-1
【参考文献】：
期刊论文
[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)
本文编号：3486980
【文章来源】：闽南师范大学福建省
【文章页数】：111 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
HKUST-1的结构图[6]
闽南师范大学理学硕士学位论文-2-法国Ferey课题组[7]在2005年报道了由三价铬离子和对苯二甲酸配位形成的MIL-101(Cr)(图1.2)。这种材料具有两种自由直径的介孔和两种自由直径的微孔窗口，这独特的结构有利于分子在电解质和材料表面的传递。同时，Ferey课题组的研究还使得通过计算机计算模拟合成MOFs成为可能。这对MOFs材料的发展有着重大的意义。图1.2MIL-101(Cr)的结构图[7]2006年，Huang[8]课题首次合成了以Zn2+为金属中心和二甲基咪唑为配体的具有高热稳定性的沸石咪唑类框架。同年，Yaghi课题组也报道了具有典型硅铝分子筛结构的咪唑框架材料：ZIF-1到ZIF-12。随后的两年内，该课题组又陆续报道了ZIF-20、ZIF-23、ZIF-68、ZIF-69、ZIF-70等材料，大大发展了的ZIF系列材料[9,10,11,12]。除了上述MOFs以外，还有挪威奥斯陆大学课题组发现的以UiO-66为代表的UiO系列、还有美国德州农工大学Hong-CaiZhou组的PCN系列等许多课题组专注于MOFs材料的研究。目前，已有超过20000种MOFs被报道(比表面积最大可达到10000m2/g)并已被广泛地用于气体储存和分离、能量存储、催化、生物医学等领域[13,14,15,16]。1.2金属-有机框架复合材料概述金属有机框架在研究过程中出现了稳定性差和导电性差的缺点。为了改善和优化MOFs性能，已有许多小组将MOFs材料与其他功能材料复合，形成了具有协同效应的MOF复合材料。目前，已报道的主要MOF复合材料包括：MOF-纳米粒子复合材料[17]、
第一章绪论-3-MOF-碳材料复合材料[18]、MOF-量子点复合材料[19]、MOF-聚合物复合材料[20]、MOF-多金属氧酸盐复合材料[21]以及MOF-酶复合材料[22]。1.2.1金属-有机框架/纳米粒子复合材料纳米粒子具有尺寸孝比表面积大和高的电催化活性的特点，从而引起人们的关注。但由于纳米粒子表面能高，在反应过程中容易团聚，导致热力学不稳定，容易失活。MOFs所具有的固定的孔径通道和大的比表面积则可以防止纳米粒子发生团聚，同时还对纳米粒子的生长进行了空间的约束。种种条件为实现MOFs和纳米粒子进行复合奠定了基矗MOF-纳米粒子复合材料的合成也成为了研究热点之一。DaSliva课题组[23]报道了一种以Au纳米片和Cu-MOF的复合材料，并将AuNP@Cu-MOF复合材料用于电化学传感检测双酚A并且研究了其氧化行为。实验结果表明：AuNP@Cu-MOF复合材料对双酚A表现出优异的选择性(图1.3检测范围，200-1000μM)。并且发现AuNp与MOF具有优异协同作用，同时改善了电化学信号。图1.3(A)电位变化与BPA浓度的关系；(B)响应变化与BPA浓度的线性关系[23]1.2.2金属-有机框架/碳材料复合材料碳材料具有优异的导电性以及密度孝低毒等特点。将碳材料与MOFs复合不仅使MOFs具有更好稳定性和导电性，还可大大提升材料的电化学性能。Srimuk等[24]将还原性氧化石墨烯(rGO)和HKUST-1进行复合，rGO不仅提高了HKUST-1的导电性，还使得复合材料在电流密度为1A/g时表现出远比单纯HKUST-1
【参考文献】：
期刊论文
[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)
本文编号：3486980
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