【摘 要】
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近几年来MOFs材料成为化学和材料领域发展最快的材料之一,但是该研究工作主要集中在大块MOFs晶体、0维MOFs纳米颗粒和1维MOFs纳米线,而关于二维MOFs纳米片的研究却很少。相对于三维传统MOFs,二维MOFs纳米片不仅具有MOFs材料本身密度低、内比表面积大、孔道丰富、稳定性好等优点,同时独特的片层结构使其具有外比表面积高、厚度薄、暴露的活性位点多等特点,使其在分离、催化、膜材料等方面都有
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近几年来MOFs材料成为化学和材料领域发展最快的材料之一,但是该研究工作主要集中在大块MOFs晶体、0维MOFs纳米颗粒和1维MOFs纳米线,而关于二维MOFs纳米片的研究却很少。相对于三维传统MOFs,二维MOFs纳米片不仅具有MOFs材料本身密度低、内比表面积大、孔道丰富、稳定性好等优点,同时独特的片层结构使其具有外比表面积高、厚度薄、暴露的活性位点多等特点,使其在分离、催化、膜材料等方面都有很好的应用。传统的MOFs材料具有导电性差的缺点,限制了其在光、电催化领域内的应用。二维MOFs纳米片的设计及MOFs材料衍生物的制备是弥补MOFs导电性差的两种有效措施。由于沸石咪唑基骨架(ZIFs)MOFs具有良好的化学稳定性和优异的吸附性能,本论文基于ZIFs MOFs进行研究。本论文首先通过表面活性剂辅助合成法制备了具有ZIFs层状结构的二维MOFs纳米片。在MOFs的生长过程中,表面活性剂吸附在MOFs的表面,阻止MOFs向三维方向的纵向生长,有利于层状结构的形成。接着将制备的二维MOFs片进行简单的水热处理,得到基于二维MOFs纳米片的衍生物。并对所制备的材料的光、电催化性能进行了研究。具体研究内容如下:(1)二维MOFs纳米片的制备及其光催化性能的研究通过加入表面活性剂阻止MOF向三维方向的纵向生长制备了ZIF-8 MOF片和Zn-Co双金属MOF片。利用FT-IR、XRD、XPS、SEM、TGA、BET对材料的结构及形貌进行表征,并分别对它们光、电催化性能进行了测试。(2)基于ZIF-8 MOF纳米片衍生的C/N@Zn O/Ag纳米棒的制备及其光催化性能的研究将制备的二维ZIF-8纳米片进行水热处理,通过调节分散剂的极性使ZIF-8纳米片进行结构重组转化为C、N材料共混的Zn O纳米棒。为提高Zn O纳米棒的光催化性能,对其进行Ag纳米粒子的负载,制备出C/N@Zn O/Ag复合材料。利用FT-IR、XRD、XPS、SEM、TEM对材料的结构及形貌进行表征。通过紫外-可见漫反射光谱、荧光光谱、瞬态/稳态荧光光谱、电化学阻抗谱图等测试方法研究了催化剂的吸光性能、电子和空穴的分离及输运性能。最后,通过可见光照射下复合材料光催化降解亚甲基蓝(MB)的实验评估了其光催化性能。该复合材料在光催化降解MB时显示出0.0224 min-1的动力学降解常数,是市售P25(0.0032 min-1)的7.5倍。循环使用后,复合材料光催化性能几乎不变,表明其具有良好的稳定性。(3)基于双金属Zn-Co MOF片衍生的C/N@Zn Co2O4纳米棒的制备及其电催化性能研究通过调节分散剂的极性使双金属Zn-Co MOF片在水热条件下转化为C、N材料共混的Zn Co2O4纳米棒。利用FT-IR、XRD、XPS、SEM、TGA、BET等测试手段对材料的结构及形貌进行表征。表征结果表明,所制备的C、N@Zn Co2O4纳米棒具有高的比表面积,孔径分布合理。最后通过线性循环伏安以及电化学阻抗谱图等测试方法对催化剂的OER催化性能进行评估。
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