有机金属框架衍生多孔材料在电分析中的应用

来源 :青岛大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qingxu007
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由于结构丰富、易于调控等优点,金属有机框架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)在能源、环保等多个领域获得了极大关注。而以MOFs为前体制备的MOFs衍生纳米材料在继承MOFs优点的同时还表现出独特的性质,近几年已成为无机功能材料研究的一个热点。通过对金属节点和有机配体的选择,我们可以通过热解、磷化等多种方法制备杂原子掺杂多孔碳、金属/碳复合物以及金属纳米粒子等多类MOFs衍生材料。因此,探索和开发MOFs衍生纳米材料的设计方法和制备方法,对于构建具有大的比表面积、高催化活性和高传质导电能力的电化学传感界面具有重要意义。论文主要研究内容如下:1.提出了一种以ZIF-8为碳源和模板来合成具有高度石墨化结构的氮掺杂有序多孔碳的方法。在氩气的保护下,ZIF-8经过高温的热解过程和催化作用形成具有良好电化学性能的多孔碳材料(Z-1000)。由于ZIF-8中咪唑基配体的有序排布,氮元素均匀的掺杂在Z-1000的碳骨架中,这极大提高了Z-1000的电化学性能。另外,高度石墨化的有序多孔结构在促进了电子转移的同时也起到分子筛的作用,这对提高检测平台的导电性和选择性具有重要意义。在对多种生物分子的检测中,Z-1000电化学检测平台表现出理想的电化学性能。2.提出了一种以富咪唑基有机金属框架材料(N-MOF)为前驱体来制备具有良好电化学性能的氮掺杂纳米碳材料的方法。我们首先通过碳化制得高含氮量的氮掺杂纳米碳材料(NC-800);然后利用有机溶剂剥脱法来提高所得材料的导电性和电化学活性,制得ENC-800。一方面,N-MOF中高含氮量的三咪唑配体使得ENC-800含有大量的C-N的活性位点;另一方面,溶剂剥脱使得ENC-800比表面积增大且活性位点增多。基于以上因素,ENC-800电化学传感器对于氯霉素的检测表现出高度的催化活性和特异性。3.提出了一种以MOF-74为前体,在石墨烯表面原位生长过渡金属磷化物的方法(Ni2P/G)。一方面,MOF-74骨架中存在大量开放的金属活性位点,这对于高效的合成均一大小的Ni2P纳米颗粒具有重要意义;另一方面,石墨烯纳米片的引入调控了MOF-74的尺寸和分散性,使得所得材料在具有高的电催化活性的同时还具有良好的稳定性。在碱性环境下,Ni2P/G无酶葡萄糖传感器对葡萄糖良好而稳定的电化学性能。
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