论文部分内容阅读
金属有机凝胶（Metal-organic gel,MOG）是一类新兴的智能软材料,其主要是通过金属-配体配位作用和非共价相互作用如氢键、范德华力、π-π堆积等作用力自组装形成的半固体材料。MOG由于其固有的高孔隙率、大比表面积、低分子量和良好的热稳定性等特性,在吸附、催化、传感和生物医学等领域具有潜在的应用前景。在吸附方面,目前所报道的MOG还存在如吸附速率慢、吸附量低以及无法循环利用等缺陷,因此研究新型多孔MOG材料对有机染料的高效吸附还值得进一步探索。此外,MOG作为前驱体制备过渡金属氧化物（TMOs）的相关研究还相对较少。而氧化铜（CuO）作为TMOs系列的重要成员,由于其丰富的活性位点、化学稳定性、低成本和环境友好性,因此被认为是很有前景的纳米材料。据此,本论文以铜-三（羧基苯基）苯有机凝胶（Cu-MOG）为研究对象,探讨了其在染料吸附中的应用,以及Cu-MOG衍生的CuO纳米颗粒（CuO-NPs）的制备和分析检测应用。具体的研究内容如下:（1）铜-三（羧基苯基）苯有机凝胶的制备及其在染料吸附中的应用通过简单的混合1,3,5-三（4-羧基苯基）苯（H3BTB）与五水硫化铜（CuSO4·5H2O）得到了三维网络纤维多孔结构的铜基金属有机凝胶（Cu-MOG）。制备的Cu-MOG对阳离子染料表现出优异的吸附性能,其具有较高的吸附容量（650.32 mg/g）、快的吸附效率（1分钟内吸附80%的中性红）以及较好的循环利用性。这主要归因于Cu-MOG较大的比表面积与多孔结构。其吸附原理主要是带负电的Cu-MOG通过静电作用大量地吸附阳离子染料,以及Cu-MOG的多孔结构可促进染料分子的孔内扩散。此外,利用密度函数理论（DFT）计算得出不同染料的尺寸大小,并通过吸附研究发现Cu-MOG对阳离子染料还具有尺寸选择性吸附性能。（2）铜-三（羧基苯基）苯有机凝胶衍生的CuO纳米颗粒的制备与分析应用将Cu-MOG作为前驱体通过直接热解制备了具有高比表面积的CuO纳米颗粒（CuO-NPs）,并利用CuO-NPs成功构建了多功能的分析传感平台。所获得的CuO-NPs能够将H2O2分解产生羟基自由基（·OH）;（·OH）会催化3,3’,5,5’-四甲基联苯胺（TMB）氧化生成蓝色的TMB氧化物。并利用胆固醇在胆固醇氧化酶的作用下产生H2O2的原理,将CuO-NPs进一步用作模拟酶用于胆固醇的灵敏快速检测。其对胆固醇检测具有较好的线性范围（1～15μM）和较低的检测限（0.43μM）。此外,由于CuO-NPs的高比表面积、多孔隙率和大量暴露的金属活性位点等特性,CuO-NPs还对葡萄糖氧化反应表现出优异的电催化活性。其对葡萄糖检测展现出较宽的线性范围（5～600μM）;其中,检测限和灵敏度分别为0.59μM和1098.37μA/（mM·cm2）。另外,基于CuO-NPs较窄的能带间隙（1.20 V）和本征缺陷,CuO-NPs还表现出优异的光电化学（PEC）性能。由于L-半胱氨酸（L-Cys）与CuO-NPs的结合形成的Cu-S键会大大降低的CuO-NPs的光电流信号。因此,CuO-NPs可作为一种PEC传感器用于L-Cys的检测,并且其对L-Cys检测具有较宽的线性范围（0.1～6μM）和较低的检测限（0.04μM）。本论文围绕着Cu-MOG展开研究,首先考察了其在阳离子染料吸附中的应用。然后通过煅烧Cu-MOG制备了CuO-NPs,并利用CuO-NPs的模拟酶催化活性、电催化性质、光电化学（PEC）性能分别实现了对胆固醇、葡萄糖和L-Cys的分析检测。这些研究不仅为探索MOG作为有效的吸附剂打开了窗口,而且拓宽了MOG作为前驱体在合成具有多功能性的纳米结构过渡金属氧化物（TMOs）方面的应用。