金属有机框架结构衍生的纳米材料及其在电化学中的应用

摘要

金属有机框架材料(Metal-Organic Frameworks, MOFs)是一类新型多孔材料，它具有功能性的孔道、高的比表面积、稳定而多样的结构等特点。MOFs在选择性催化、分子识别、可逆性主客体分子(离子)交换、分离与提纯、生物传感材料、光电材料、磁性材料和芯片等新材料的开发中都有巨大潜在应用价值。
　　近年来研究人员逐渐将目光从研究MOFs本身性质向改进和开发利用MOFs衍生材料方面转移。利用MOFs孔径、尺寸可调控和结构、成分多样化的特点设计合成了种类繁多的衍生材料。
　　在本论文中，我们利用不同的MOFs作为前体，通过两种截然不同的方法-煅烧法和刻蚀法合成了特殊形貌的金属氧化物复合材料。
　　第一个体系以MIL-88A为前体，利用一步烧结的方法合成了四氧化三铁与碳的复合材料。为了研究不同的前体对产物结构的影响，我们通过改变合成条件得到了形貌不同的前体MIL-88A。同时为了观察转化过程，将每个温度段得到的产物都进行了表征。最后我们探讨了不同产物在N-乙酰基氨基酸的传感器中的应用性能。
　　第二个工作体系改变了一贯的煅烧合成MOFs衍生金属氧化物纳米材料的方法，采用更温和的湿化学法。该方法的优点是低能量消耗，反应条件容易控制，在金属氧化物或者其他衍生晶体生长过程中不易出现团聚的现象。在该工作中，我们巧妙的选择双金属普鲁士蓝类似物(PBA)作为前体，通过金属含量变化和结构的改变来推测反应过程。有趣的是，实验成功合成了具有内部空穴的六面体“盒子”。虽然外壳的成分无法精确判断，但通过 XRD、XPS等表征可以推测其主要成分是钴的氢氧化物和钴的氧化物。经过刻蚀后的纳米颗粒具备对葡萄糖有很好的氧化催化性能。
　　在第一个工作体系的基础上，我们选择了一种合成条件温和，产率较高的方法来合成MIL-88A。为了得到MIL-88A的阵列结构，第三个体系中我们用洋麻杆生物碳作为基底：一方面功能化的碳材料可作为物理支撑控制阵列的生长，另一方面该生物碳材料自身具有廉价易得、多孔、壁薄、质地轻等优点。我们将有序生长的阵列在适当的温度下煅烧，MIL-88A即转化为Fe2O3掺杂的碳棒，作为支撑的生物碳本身具有导电性能，可直接作为一体电极使用，简化了电极的制备过程。最终我们将所得的复合材料用作电容器的电极材料进行了一系列电化学性能的测试。

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第一章 绪论

1.1 金属有机框架材料概述

1.2金属有机骨架结构的衍生纳米材料

1.3 电化学

1.4 本论文研究的目的和意义

第二章 基于MIL-88A衍生的Fe3O4@C多层级纳米复合材料在电化学传感上的应用

2.1引言

2.2实验部分

2.3结果与讨论

2.4结论

第三章 普鲁士蓝类似物衍生的多孔CoOx·nH2O 纳米核壳结构及在葡萄糖传感器中的应用

3.1引言

3.2实验部分

3.3 结果与讨论

3.4. 结论

第四章 MIL-88A衍生的Fe2O3掺杂的碳棒与生物多孔碳复合材料在电容器中的应用

4.1 引言

4.2.实验部分

4.3结果与讨论

4.4 结论

论文总结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果