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

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1、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分类号：密级：学校代码：10414学号：2012010653硕士研究生学位论文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TheMOFs-derivedNanostructureandTheirApplicationinElectrochemistry李霞院所：化学化工学院导师姓名：宋永海学科专业：分析化学研究方向：纳米电化学二○一五年六月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也

2、不包含为获得或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日—————————————————————————————————————————————————————学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解江西师范大学研究生院有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的电子版和纸质版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江西师范大学研究生院可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论

3、文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要金属有机框架材料(Metal-OrganicFrameworks,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

4、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

5、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-88

6、A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I—————————————————————————————————————————————————————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。关键词：MIL-88A；PBA；Fe3O4纳米粒子；Co(OH

7、)2；无酶传感器；电容器IIAbstractMetal-organicframeworks(MOFs)materialswithfunctional,highspecificsurfacearea,stableanddiversestructure,arewidelyusedinselectivecatalysis,molecularrecognition,thereversibilityofthemainguestmolecules(ions)exchange,separation,purification,adsorption,bio