论文部分内容阅读
金属-有机骨架材料(MOFs)作为一种新型的多功能多孔材料，因为具有独特的拓扑结构、易于设计组装、功能可修饰等特点，在气体储存、选择性分离、磁性材料、异相催化、光学性质等领域具有广泛的应用前景。对于金属-有机骨架纳米材料的研究，其热点之一是专注于寻找更加高效、快速、简单的合成制备方法，同时围绕着MOFs纳米材料的应用开展研究工作也是化学工作者们广泛关注的领域。
通常金属-有机骨架纳米材料的合成方法主要有低压蒸汽法或溶剂扩散法、水热(溶剂热)法等等，本文主要讨论了利用超声辐射法、微波加热法等方法快速制备金属-有机骨架材料，具有简便易行和环境友好等特点。将金属-有机骨架纳米材料应用于有机物的催化氧化和工业有机污染物的催化降解，具有催化氧化选择性高、催化降解较为彻底、循环利用率好等特点。本论文的主要研究内容如下：
(1)常温常压下，以硝酸铜和异烟酸为原料，采用超声辅助合成方法，合成了具有一维结构的金属-有机骨架Cu(INA)2·4H2O(1)纳米晶和具有三维结构的金属-有机骨架[Cu(INA)2·H2O]·2H2O(2)纳米晶，反应时间短，产品收率高。分别用红外光谱(FT-IR)，元素分析和粉末X射线-衍射(XRD)对在不同条件下获得的产物进行结构表征。由透射电镜(TEM)照片显示，在超声条件下，通过控制超声时间，可实现对金属-有机骨架纳米晶尺寸和形貌的有效调控。同时，分别考察了化合物1在HAc-NaAc缓冲溶液体系中，催化降解罗丹明B(以过氧化氢为氧化剂)；化合物2在乙腈-H2O混合溶液体系中，选择性催化氧化苯甲醇为苯甲醛(分子氧作为催化剂)。研究了不同的反应温度、溶液PH值、催化剂量、双氧水量以及空气流量对催化效率的影响，初步探讨了催化反应的机理。
(2)以醋酸钴和异烟酸为原料，在超声的条件下，合成了具有一维结构的金属-有机骨架材料[Co(INA)2(H2O)4](3)。产物分别用FT-IR和XRD进行表征。由扫描电镜(SEM)照片显示，通过控制超声反应时间，能够改变骨架材料的尺寸和形貌。同时，以化合物3作为催化剂，对罗丹明B(RhB)进行催化降解，并与二氧化钛作为催化剂催化降解RhB的性能进行了对比。结果显示本骨架材料具有良好的催化性能。
(3)以锌片和均苯三甲酸为原料，采用微波加热法，原位合成具有三维结构的金属-有机骨架材料[Zn3(BTC)2(H2O)2]·2H2O(4)薄膜。微波加热反应时间短，反应条件温和，是一种快速简便高效的合成方法。分别用红外光谱(FT-IR)，元素分析和粉末X射线-衍射(XRD)对在不同条件下获得的产物进行结构表征。由扫描电镜(SEM)照片显示，在微波条件下，通过控制反应时间，可以对金属-有机骨架薄膜厚度和形貌进行有效调控。对化合物4催化降解有机染料的性能进行考察，发现化合物4在紫外-可见和可见光源下，对催化降解次甲基蓝(MB)染料有着很好的光催化性质。溶液中电子俘获剂的引入对化合物4光催化降解MB有很大的影响。