钴掺杂叶片状沸石咪唑酯骨架结构材料实现磷酸盐快速去除

为了减小水体富营养化的危害,提高吸附法除磷的效率,本文研究钴掺杂对于锌基叶片状沸石咪唑盐(Zn-ZIF-L)磷酸盐吸附能力的提升.本文采用间歇式吸附试验研究各个影响因素对于吸附的影响,采用XRD、XPS、FT-IR等研究材料的表面微观结构以推测可能的吸附机理.发现当Zn和Co的初始摩尔比为9.5:0.5时,其吸附性能最好.掺杂后,在10min内吸附量增加55%,最大吸附量达到85.68mg/g,在不同温度、浓度、当pH值为4~8时、在不同阴离子以及腐殖酸环境下保持着较好的吸附性能.当初始浓度为10mg/L时,可吸附去除97%以上的磷,吸附剂在0.1mol/L的Cl^(-)或NO_(3)^(-)中仍能保持93%以上的吸附量.其中,P-OH与Zn-OH/Co-OH之间的化学键、静电相互作用和氢键相互作用在磷酸盐吸附中起主导作用.Co(0.5)-Zn-ZIF-L经过4次循环后仍能保持较高的吸附量.结果表明,Co(0.5)-Zn-ZIF-L能作为一种有效的吸附剂去除水体中的磷酸盐.

沸石咪唑骨架材料(ZIF-8)的结构生长过程

以2-甲基咪唑为有机配体,由硝酸锌提供金属离子,在室温下以甲醇为溶剂合成了沸石咪唑骨架(ZIF-8)晶体.通过红外光谱、X射线衍射、透射电子显微镜、热重分析等手段对晶体结构及其生长过程进行了表征.结果表明:随着反应时间延长ZIF-8晶体迅速形成,然后逐渐堆积成六面体二维结构,进而形成三维十二面体结构.对ZIF-8结构的生长过程的理解有助于通过控制ZIF-8的大小和形态来制备出功能化的金属有机骨架材料.

沸石咪唑酯骨架结构材料合成及性能研究进展

沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIFs)是一类以咪唑或其衍生物为配体的特殊金属有机骨架结构材料(MOFs),因其结构多样性、高度的热学和化学稳定性及高效捕获和存储CO2等性能,近几年受到国内外研究者的广泛关注。本文对含咪唑基配体材料的合成和发展现状进行了综述;总结了这种材料在气体的存储和分离、磁性、催化等方面的性能,并对这种新型材料在设计、合成与应用中的广阔前景作了展望。

沸石咪唑酯骨架材料Co(C_7H_5N_2)_2·1.5H_2O的合成与晶体结构

以2-羧基苯并咪唑配体与过渡金属离子Co2+为前驱体,通过溶剂热反应得到一个新的沸石咪唑酯骨架材料Co(C7H5N2)2.1.5H2O(1),采用单晶X射线衍射、红外光谱、热重分析、粉末X射线衍射等对产物进行了系统表征.配合物1属三斜晶系,空间群R-3,Co2+离子通过有机配体相连构成沸石结构,骨架中存在笼状结构和一维隧道孔.

钴基沸石咪唑酯骨架结构衍生物锂硫电池正极材料

通过原位复合法合成沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIF-67),经高温碳化生成含钴的氮掺杂碳多面体(Co-NC),然后通过热熔融渗硫方法制得钴基沸石咪唑酯骨架结构衍生物(S@CoS2-NC)复合材料,以此复合材料作为锂硫电池的正极材料。采用X线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、能谱仪(EDS)、N2吸附-脱附分析仪、热重分析仪(TGA)、X线光电子能谱仪(XPS)以及电化学测试等手段对不同样品进行表征分析并测试其电化学性能。结果表明:在0.2C倍率下S@CoS2-NC/1(制备ZIF-67时反应6 h)复合正极的首次放电比容量最高达1129 mA·h/g,100次充放电循环后容量的保持率为66.61%,相比S@CoS2-NC/2(反应12 h)、S@CoS2-NC/3(反应24 h)复合正极和纯硫正极,比表面积和孔容最大的载体碳骨架经热熔融渗硫后生成的S@CoS2-NC/1复合正极拥有更优良的容量和循环稳定性。

沸石咪唑酯骨架结构材料ZIF-71用于低浓度生物基2,3-丁二醇/1,3-丙二醇的吸附分离性能

1,3-丙二醇是一种重要的化工原料,生物发酵法生产1,3-丙二醇往往会产生副产物2,3-丁二醇,限制了生物基1,3-丙二醇的进一步工业化应用。1,3-丙二醇与2,3-丁二醇亲水性强,导致其在低浓度发酵液中分离困难。基于2,3-丁二醇比1,3-丙二醇具有长的碳链和大的极化率,本文采用含有―Cl基团(憎水且具有大的极化率)的ZIF-71吸附分离水中低浓度的2,3-丁二醇/1,3-丙二醇。结果表明,ZIF-71对双组分2,3-丁二醇/1,3-丙二醇(50 g/L,50 g/L)中2,3-丁二醇的静态竞争吸附容量为123.6 mg/g,对2,3-丁二醇/1,3-丙二醇分离选择性高达7.6,分离效果优于沸石材料Beta。在3次循环吸附-解吸实验中ZIF-71依旧保持着稳定的结构和对2,3-丁二醇的选择性吸附能力。通过分子模拟,揭示了ZIF-71对1,3-丙二醇和2,3-丁二醇的吸附分离机制。ZIF-71与1,3-丙二醇之间主要通过弱的范德华力作用;而ZIF-71与2,3-丁二醇之间则是通过强的范德华力与弱的氢键协同作用,从而对2,3-丁二醇产生选择性吸附。可以看出,ZIFs材料有望成为选择性吸附分离低浓度副产物2,3-丁二醇的吸附剂,推动生物法制1,3-丙二醇的工业化发展。

沸石咪唑酯骨架结构材料ZIF-8的合成研究进展

ZIF-8是目前研究最多的一种沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIFs),它具有很高的比表面积和热稳定性,具有灵活的化学结构,在化学工业上具有很广的应用前景。本文简要介绍了国内外对ZIF-8的合成方法的研究进展。

N、S、P共掺杂沸石咪唑酯骨架(ZIF)多孔碳材料制备和电化学性能

采用高温热解的方法制备了N、P、S共掺杂沸石咪唑酯骨架(ZIF)衍生多孔碳材料催化剂,利用X-射线衍射仪、扫描电子显微镜和电化学工作站等对材料的结构和性能进行表征,探究了掺杂元素对电化学性能的影响。结果表明:相比于单掺杂、双掺杂,N、P、S三元掺杂协同作用促进了产生新的活性位点,表现出优异的电催化活性和稳定性,其ORR(oxygen reduction reaction)半波电位(0.813 V),电流保持效率保持在94.87%,是一种可替代贵金属催化剂的优异的无金属ORR电催化剂。

沸石咪唑酯骨架材料ZIF-90的合成及应用研究进展

ZIF-90是一种沸石咪唑酯骨架材料,具有比表面积大、孔道结构均一、水热稳定性和化学稳定性高、易于修饰和合成简单等优点,可以广泛地应用于分离、吸附、催化、药物载药等领域。简单介绍了其合成方法和发展现状,结合不同应用领域的特殊要求,提出了目前应用领域存在的问题,并针对行业的发展进行了展望。

基于沸石咪唑酯骨架结构材料11的微固相萃取结合高效液相色谱用于水样中五种紫外吸收剂的测定

建立了一种基于ZIF-11的膜保护微固相萃取(μ-SPE)的样品前处理方法,并与高效液相色谱(HPLC)联用测定环境水样中5种紫外吸收剂。对洗脱剂种类、固相萃取剂用量、洗脱时间、萃取时间、盐浓度、pH值系列影响萃取效率因素的相关条件进行优化。结果表明,固相萃取剂用量10 mg、萃取时间8 min、洗脱剂V(甲醇)∶V(乙腈)=3∶7、洗脱时间9 min、溶液pH值7、10 mg/mL氯化钠条件下,5种紫外吸收剂在5~1000 ng/mL范围内线性关系良好,相关系数均大于0.9925,检出限为0.8~1.5 ng/mL;定量限为2.5~5.0 ng/mL;相对标准偏差为0.9%~6.5%。方法简单、快速、准确,用于测定湖水、河水、自来水中的紫外线吸收剂,回收率为88.7%~112.3%,相对标准偏差为0.3%~5.5%。

类沸石咪唑骨架ZIF-8复合材料的研究进展

类沸石咪唑骨架(ZIF-8)材料具有比表面积大、孔道结构规则、水热和化学稳定性好、修饰方便及合成简单等优点。近年来,以ZIF-8为组分的复合材料如ZIF-8核壳粒子和ZIF-8膜等材料的设计、制备及应用研究受到了广泛关注。简要介绍了国内外关于ZIF-8基复合材料的研究进展。

原位生长法制备沸石咪唑酯骨架结构材料/聚偏氟乙烯杂化膜及其截取钯性能研究

钯因其稀缺且拥有特殊性能而被广泛用于催化、电子等产业,但钯的提取工序繁琐且效率低下。以聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜为基底,将沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIF-67)利用原位生长法负载于PVDF膜上。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外分析仪(FT-IR)对膜形貌、结构进行表征。考察了沸石咪唑酯骨架结构材料/聚偏氟乙烯(ZIF-67/PVDF)杂化膜对钯的截留性能。当聚电解质和钯的质量比为3.0时,浸渍于ZIF-67合成液24 h的样品最大截留率为92.60%。

超临界二氧化碳中合成钴基沸石咪唑酯骨架的研究

为开发合成沸石咪唑酯骨架(zeolitic imidazolate frameworks, ZIFs)的绿色高效的新工艺,以乙酰丙酮钴(cobalt(Ⅱ) acetylacetonate, Co(acac)_(2))与2-甲基咪唑(2-methylimidazole, 2-MeIm)作为反应物,在超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide, sc-CO_(2))的反应介质中,快速合成了钴基沸石咪唑酯骨架(ZIF-67)。结果表明:当Co(acac)_(2)与2-MeIm摩尔比为1:8,在60℃和30 MPa的条件下,10 min内即可获得具有良好形貌且尺寸为300~350 nm的ZIF-67晶体。所得ZIF-67晶体的热解温度高于500℃,具有微孔结构特征。该方法不仅大大缩短了反应时间,并降低了反应温度,而且避免了有机溶剂的使用,为该类ZIFs材料提供了一种绿色且高效的合成新工艺。

类沸石咪唑酯骨架材料-8的形貌调控及其催化制氢性能

类沸石咪唑酯骨架材料-8(ZIF-8)是一种具有较大比表面积和较强稳定性的多孔材料,被广泛应用在气体存储分离、催化等领域。该工作报道了不同实验条件如Zn^(2+)/2-甲基咪唑的物质的量比、表面活性剂用量和不同的反应溶剂对ZIF-8形貌和尺寸的影响,其中Zn^(2+)/2-甲基咪唑配比是影响形貌及尺寸的关键因素。通过扫描电子显微镜(SEM)、BET、和X射线衍射(XRD)对合成制备的ZIF-8纳米粒子进行表征,发现调变投料比可将样品粒径从1500 nm逐渐减小至850~250 nm,形貌由截角立方体转变为截角十二面体,最终变为十二面体。其中粒径为250 nm的ZIF-8纳米粒子比表面积为1730 m^(2)/g,孔径和孔容分别为1.5 nm和0.6 cm^(3)/g,由此可知该粒径ZIF-8具备非常优异的载体特性,故进一步采用浸渍法,以硼氨为还原剂,在该尺寸ZIF-8纳米粒子上原位负载贵金属/金属纳米粒子,并对其进行组分优化。所设计合成的催化剂ZIF-8/Pt_(0.002)@Ni_(0.2)在催化氨硼烷制氢实验中表现出卓越的性能,60 s即可催化氨硼烷完全放氢。

基于咪唑酯骨架结构材料-7的涡旋辅助微固相萃取

采用漩涡辅助微固相萃取的样品前处理方法,并结合高效液相色谱检测水样中的紫外吸收剂。沸石咪唑酯骨架结构材料-7(ZIF-7)具有大的比表面积,永久性孔道,开放的金属位点,以及较高的化学稳定性及水热稳定性,本文将ZIF-7作为固相萃取剂用于微固相萃取水样中的紫外吸收剂。实验考察了萃取剂用量、萃取时间、洗脱溶剂、洗脱时间、溶液pH值和盐浓度等对萃取效率的影响。最优实验条件为:ZIF-7的质量为15 mg,萃取时间是8 min,洗脱剂是甲醇∶乙腈(体积比3∶7),洗脱时间为5 min,NaCl溶液浓度为0 mg/mL,溶液pH为3。在此条件下,方法在2.5~750 ng/mL的范围内具有良好的线性,检出限为0.2~0.8 ng/mL,定量限为1.0~2.5 mg/mL。采用该方法分析实际水样中的紫外吸收剂,加标回收率为90.3%~111.5%,相对标准偏差为1.4%~7.2%,结果良好。

ZIF-8多孔材料吸附CO_(2)的格子Boltzmann模拟

基于格子Boltzmann方法,在表征体元尺度上研究了ZIF-8材料吸附烟气中CO_(2)的流动耦合传质过程。分别采用二维D2Q9、D2Q5模型描述速度场和浓度场,分析了ZIF-8吸附剂粒径在0.05~0.20 mm、孔隙率在0.50~0.80以及颗粒排列方式对CO_(2)吸附性能的影响,并描述了吸附床中的流动、扩散以及吸附现象。结果表明:粒径越大,吸附床中对流作用越强,吸附平衡所需时间减小;孔隙率越小,局部流速增大越明显,为避免流速过大造成局部吸附不充分,工程应用中宜采用孔隙率较大的ZIF-8吸附剂;与采用随机排列和错列排列相比,顺列分布时可有效缩短达到吸附平衡所需的时间;对CO_(2)吸附量影响的敏感性依次为孔隙率>排列方式>粒径,因此在实际应用中应首先考虑对ZIF-8孔隙率的选择。

沸石型咪唑锌框架MAF-6的一价铜磷光掺杂

基于Cu(I)的配合物具有成本便宜和发光寿命长等有利于荧光传感的独到优势。但是,大部分Cu(Ⅰ)配合物在空气中不稳定,易被氧气氧化,或者比较难形成多孔框架。在沸石型咪唑锌多孔配位聚合物中,RHO-[Zn(eim)_2](MAF-6,Heim=2-ethylimidazole)由于其较大的孔径和优异的疏水特性而备受关注。本文利用Cu(I)离子与Zn(Ⅱ)离子相似的配位习性,用Cu(I)离子部分取代MAF-6中的Zn(II)离子,得到同构的磷光多孔配位聚合物Cu:MAF-6。该材料在极低氧气压力环境(<600 Pa)中表现出非常灵敏的氧气荧光传感性能(Ksv=28.09 k Pa^(-1);检测限0.36 Pa)。

3D多孔结构超疏水表面的构筑及性能研究

采用简单的牺牲模板法在不锈钢网上构筑稳定的超疏水薄膜。首先通过浸泡沉积在不锈钢网上制备出分布均匀的ZIF-L(Co)纳米片阵列结构(ZIF-NFA),然后以此为牺牲模板,在室温下制备出微纳米尺寸的钴氢氧化物纳米片状阵列(CoLDH-NFA),最后通过浸泡硅烷降低其表面能。通过油水分离、溅射试验、抗污试验和耐酸碱试验,分别评价其油水分离效率、疏水性能、抗污性能和耐蚀性,并通过接触角测试、扫描电子显微镜(SEM)以及X-射线衍射(XRD)对不锈钢网表面的疏水程度以及表面结构进行分析。结果表明共沉积后的不锈钢网表面呈现3D多孔蜂巢状微纳结构。接触角测试表明,所制备的薄膜呈现良好的超疏水性能,静态接触角达157.3°,其油水分离效率均大于95%,具有一定的耐腐蚀性能且具有良好的抗污性。因此通过牺牲模板法构筑的蜂巢状微纳结构不仅具备超疏水特点,同时具备ZIFs材料的高稳定性,且该方法技术简单、反应条件温和、价格低廉、易于批量化生产,为MOFs在制备超疏水材料方面的应用提供了一个新的思路。

氮杂碳原位包覆Cu_(2)O/Co_(3)O_(4)@C异质结构复合材料的设计构筑及高效储锂性能

通过液相法合成了Cu_(2)O纳米立方体,并在其基础上利用金属有机框架化合物(MOFs)的自组装形貌调控,进一步构建了层级多孔Co_(3)O_(4)和氮杂碳双壳层的Cu_(2)O/Co_(3)O_(4)@C异质结构复合材料.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、热重分析(TGA)、BET比表面积及孔径分析、拉曼光谱和X射线光电子能谱(XPS)等表征手段证实了Cu_(2)O/Co_(3)O_(4)@C异质结构复合材料的成功构筑.双壳层结构设计和丰富的层级孔道结构有效抑制了材料在充放电循环过程中的体积膨胀,材料在循环100次后仍保持了原有的形貌和构造.表面多孔结构对电解液的充分浸润、异质结构的界面内建电场以及缺陷氮杂碳的表面包覆有效提升了材料的电子和离子导电能力.异质结构设计、形貌调控、多孔特性和氮杂碳的协同作用,使得Cu_(2)O/Co_(3)O_(4)@C复合材料呈现出优异的电化学性能,在0.1 A/g电流密度下的首次放电比容量达到2065 mA·h/g,在2 A/g电流密度下的可逆放电比容量高于360 mA·h/g,在1 A/g电流密度下循环350次后仍有530 mA·h/g的高可逆放电比容量.

ZIF-8-PAN衍生多孔碳纳米纤维锌离子混合电容器

采用静电纺丝技术制备ZIF-8-PAN复合纳米纤维,经预氧化和高温碳化制得ZIF-8-PAN衍生多孔碳纳米纤维(ZIF-8-PANC);利用扫描电镜、比表面及孔径分析技术对ZIF-8-PANC的形貌和微结构进行表征,测试作为锌离子混合电容器(ZHS)电极材料的电化学性能。结果表明:ZIF-8-PANC结合碳纳米纤维的高导电性和ZIF-8衍生碳的丰富多孔结构,不仅导电性能良好,同时增大比表面积,得到分级多孔结构,ZIF-8-PANC可有效实现电子、离子的快速传输和锌离子的高容量储存;当电流密度为0.5 A·g^(-1)时,ZIF-8-PANC电极的比容量达到240 mAh·g^(-1),循环稳定性优异。