金属有机框架/三维碳复合材料的制备及电化学传感应用

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金属有机框架(MOFs)是由金属离子或金属簇和具有自组装配位键的有机桥联配体构成的一种新型多孔材料,具有独特的物理和化学性质。与传统多孔材料相比,MOFs具有高的孔隙度,大的比表面积以及灵活多样的结构等诸多优势。因此,MOFs在新型功能材料领域得到了广泛的研究。但MOFs自身相对较差的导电性和电化学稳定性阻碍了其在电分析领域的应用。将MOFs与其他优越的功能材料相结合,不仅可以充分利用MOFs的优点,还可以弥补其缺点,从而进一步拓展MOFs材料在电化学传感领域的应用范围。本论文将金属有机框架与三维的碳纳米材料相结合,合成了Co-MOF-74@MC和MOF-818@RGO/MWCNTs两种金属有机框架/三维碳复合材料,并通过一系列方法对这两种复合材料的形貌及组成进行了表征。基于这两种材料构建了用于检测抗结核药物(异烟肼、吡嗪酰胺)和酚酸类化合物(咖啡酸、绿原酸和没食子酸)的快速、灵敏的电化学传感器,探究了它们的电催化性能。论文的具体工作内容如下:1.首次将棒状Co基-金属有机框架(Co-MOF-74)晶体嵌入介孔碳(MC)基质中得到了Co-MOF-74@MC复合材料,采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线多晶衍射(XRD)等方法对材料进行表征,并研究了Co-MOF-74@MC对吡嗪酰胺(PZA)和异烟肼(INZ)的电化学行为和电催化性能。与单个组分相比,复合材料结合了Co-MOF-74和MC的优点,具有高的电导性、良好的电化学稳定性和优秀的电催化性能。基于Co-MOF-74@MC的电化学传感器对PZA的测定表现出高的灵敏度,对INZ的检测具有低的过电位和相对较宽的线性范围。该传感器可用于实际血清和尿液样品中吡嗪酰胺和异烟肼的分析检测。2.通过简单的溶剂热法成功地合成了新型的双金属有机框架MOF-818与还原氧化石墨烯/多壁碳纳米管的复合材料(MOF-818@RGO/MWCNTs),采用一系列方法对复合材料的结构以及复合材料对咖啡酸(CA)、绿原酸(CGA)、没食子酸(GA)的电催化性能进行了研究。结果表明,复合材料具有分层多孔的结构,丰富的活性位点和良好的导电性,并且MOF-818和RGO/MWCNTs的协同作用也赋予了MOF-818@RGO/MWCNTs优秀的电催化性能。基于MOF-818@RGO/MWCNTs的传感器对CA、CGA和GA均表现出优异的电催化活性。此外,该传感器还具有良好的重现性,稳定性和实用性。这一研究为开发基于具有更多活性位点的双金属MOFs的高灵敏电化学传感器的设计和构建开辟一条新的途径。
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