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摘 要

金属有机框架材料（MOFs）具有特殊的网状多孔拓扑结构和较大的比表面积，在异相催化、气体吸收及分离等领域备受科研工作者的关注。在多种MOFs材料中，类沸石咪唑骨架材料（ZIFs）的应用最为广泛。ZIFs材料以Zn等过渡金属为中心，以咪唑类化合物为配体。其中，以Zn² 为金属离子中心，以2-甲基咪唑为配体的ZIF-8合成简单，热稳定性和化学稳定性较高，近年来在各种领域备受科研工作者的关注。

Co基核壳ZIFs复合材料通过改变金属离子中心的比例，实现对晶体粒径大小的控制，在气体吸附、储存及催化等领域的应用价值广泛。本课题将以ZIF-8与ZIF-67为模板制备ZIF-8@ZIF-67核壳ZIFs材料，并通过改变前驱体和Co、Zn元素的比例达到改变晶体粒径大小的效果。将这种纳米材料修饰于ITO电极表面，在最优实验条件下，对H₂O₂进行电化学催化性能研究。H₂O₂的还原峰电流与H₂O₂浓度在0.005-2.5 mM范围内呈分段线性关系，线性范围为（5.0×10^-5-1.0×10^-4 mol/L和1.0×10^-4-2.5×10^-3mol/L），灵敏度为1275.30A·mM^-1·cm^-2，最低检测限为2.71×10^-7 mol/L。结果表明，相较于单金属ZIFs材料，该核壳ZIFs材料的电化学响应显著提高。

关键词：核壳ZIFs材料 ZIF-8 ZIF-67 电催化 H₂O₂

Abstract

Metal organic framework materials (MOFs) have a special network porous topology and a large specific surface area, which has attracted the attention of researchers in the fields of heterogeneous catalysis, gas absorption and separation. Zeolite-like imidazole framework materials (ZIFs) are the most widely used in a variety of MOFs. The ZIFs material is centered on a transition metal such as Zn, and an imidazole compound is used as a ligand. Among them, ZIF-8 with Zn² as the metal ion center and 2-methylimidazole as the ligand is simple in synthesis, high in thermal stability and chemical stability, and has attracted the attention of researchers in various fields in recent years.

The Co-based core-shell ZIFs composite material can control the particle size by changing the proportion of the metal ion center, and has wide application value in the fields of gas adsorption, storage and catalysis. This topic will use ZIF-8 and ZIF-67 as templates to prepare ZIF-8@ZIF-67 core-shell ZIFs, and change the crystal size by changing the ratio of precursor and Co and Zn. The nanomaterials were modified on the surface of ITO electrode, and the electrochemical performance of H₂O₂ was studied under the optimal experimental conditions. The reduction peak current of H₂O₂ is in a piecewise linear relationship with the concentration of H₂O₂ in the range of 0.005-2.5 mM, and the linear range is (5.0×10^-5-1.0×10^-4 mol/L and 1.0×10^-4-2.5×10^-3mol/L), sensitivity is 1275.30A•mM-1•cm-2, and the minimum detection limit is 2.71×10^-7 mol/L. The results show that the electrochemical response of the core-shell ZIFs is significantly improved compared to the single-metal ZIFs.

Key words: Core-shell ZIFs material; ZIF-8; ZIF-67; Electro-catalysis; Hydrogen peroxide

目 录

摘要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1 MOFs简介 1

1.1.1 MOFs的发展动态 1

1.1.2 MOFs的分类 2

1.1.2 MOFs的合成方法 2

1.2 ZIFs简介 4

1.2.1 ZIFs应用 4

1.3 MOFs复合材料 5

1.3.1 Co基双金属MOFs材料 5

1.3.2贵金属纳米粒复合的MOFs材料 6

1.4本课题主要研究目标和内容 7

第二章 实验部分 8

2.1实验内容 8

2.1.1 实验试剂及仪器 8

2.1.2 ZIF-8@ZIF-67材料的制备 9

2.1.3工作电极的制备 11

第三章 结果与讨论 12

3.1 XRD表征 12

3.2 FTIR表征 12

3.2电镜表征和晶体粒度分析 13

3.4 电化学性能研究 15

3.4.1不同材料修饰电极的灵敏度的比较 15

3.4.2扫描速率对电极灵敏度的影响 17

3.4.3 H₂O₂的线性范围和检出限 18

第四章 结论与展望 20

4.1 结论 20

4.2 展望 20

参考文献 21

致 谢 25

第一章 绪论

1.1 MOFs简介

金属有机骨架材料（Metal-Organic Frameworks, MOFs）是一种由过渡金属离子与有机配体相互连接所构成的杂化多孔材料^[2]，近年来由于其特殊的结构和性质，在各个领域受到关注。MOFs材料呈有序的三维网状结构，比表面积较大。为获得不同孔径结构的MOFs材料，可通过改变离子中心和有机配体来实现。在MOFs材料的晶体拓扑结构中，中心金属离子与配体相结合，具有良好的热稳定性和化学稳定性，在气体吸附和储存^[3,4]、分离^[5,6]、传感器^[7]、储能^[8]、异相催化^[9,10]及荧光检测^[11]等领域具有潜在的应用价值。

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