基于乳液模板法制备具有多层级结构的ZIFs组装体及其应用

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沸石咪唑酸酯骨架(ZIFs)以咪唑及其衍生物为配体,二价过渡金属离子为配位点,自组装形成的具有沸石拓扑结构的纳米多孔材料。ZIFs材料不仅具有高结晶度、大比表面积、以及可调的孔结构,而且具有传统的沸石材料的热稳定性。ZIFs材料自身孔道结构集中在微孔层次,如何赋予其介孔和大孔结构,实现ZIFs孔结构的多层次化,从而拓宽ZIFs材料的实际应用范围,已成为研究者近些年研究的热点课题。乳液模板法是一种制备多孔材料的常用方法,可以得到介孔及大孔的中空多孔结构。Pickering乳液不同于传统的乳液,它是由固体粒子取代传统乳化剂所形成的稳定乳液,避免了传统的乳液稳定剂用量大、稳定性差、难以从乳液中去除、有生物毒性等缺点。纤维素纳米晶(CNCs)是一种棒状纳米晶体材料,硫酸酸解法制备的CNCs表面会带有大量的负电基团,并且在不同晶面分布并不均匀这使得CNCs具有与表面活性剂相似的界面稳定作用。因此,从理论上可以采用CNCs所稳定的乳液作为软模板,在界面处原位生长多层级结构的ZIFs组装体。本论文采用CNCs稳定水-十二烷体系的乳液作为模板,原位生长制备了CNC(E)@ZIF-8材料。此复合材料在保留ZIF-8微孔结构的基础上,呈现了中空大孔结构,实现了孔结构的多层级化。我们对CNC(E)@ZIF-8孔结构、气体吸附性能、亲水性以及热稳定性进行了研究,发现这种复合材料的BET比表面积高达1240 m2g-1,由于表面CNCs层的作用,表现出明显的亲水性。该材料对染料的吸附能力非常显著(孔雀石绿吸附能力为1060.2 mg g-1)。自然光条件下,该材料的碳化产物能够有效地降解水中的亚甲基蓝。本论文为拓展CNCs/ZIFs基复合材料的制备方法及应用提供创新研究思路。
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