类沸石咪唑酯骨架材料及其衍生物在锂离子电池负极材料中的应用

锂离子电池作为关键的能量存储装置,在可再生能源和电动汽车等领域中发挥着至关重要的作用。类沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs,Zeolitic imidazolate frameworks)是典型的有机框架(MOFs)材料,其可控的孔隙结构和丰富的表面功能性使之成为锂离子电池理想的负极材料之一。综述了ZIFs材料及其衍生物在锂离子电池负极材料中的应用。直接利用类沸石咪唑酯骨架作为锂离子电池负极材料,其多孔结构有利于锂离子的存储和传输,可以显著缓解电极材料在充放电过程中的体积膨胀压力,提高电池的循环寿命和稳定性。通过热处理和化学转化,ZIFs可以转化为衍生物形态,如多孔碳材料、金属氧化物、金属卤化物、金属磷化物及硅复合材料等,这些形态的衍生物不仅保留了ZIFs的结构优势,而且还拥有各自的化学特性,在电池应用方面展现出优异的性能。重点介绍ZIFs金属氧化物和金属卤化物的应用,由于其高理论容量和良好的电化学性能,已成为高能量密度负极材料的有力候选材料。此外,尽管ZIFs及其衍生材料在实际应用中面临一些挑战,如成本较高和制备工艺复杂,但随着研究深入和技术进步,这些问题有望逐步解决。通过优化制备工艺和材料设计,可以进一步提升ZIFs及其衍生材料的电化学性能和实际应用价值。类沸石咪唑酯骨架及其衍生材料在锂离子电池负极材料中的应用前景广阔。

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。

类沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)的研究进展

类沸石咪唑酯骨架化合物(zeolitic imidazolate frameworks,ZIFs)是一种新型的MOFs材料,ZIFs是将咪唑环上的N原子络合到二价过渡金属离子上而形成的一种具有沸石拓扑结构的多孔晶体材料,通过调变配体或配体间的相互作用就可以形成不同结构的ZIFs。ZIFs的合成方法包括溶剂热法、水热法、液相扩散法、胶体化学法、微波合成法和超声法等,本文综述了ZIFs材料的多种优异性能,介绍了近些年来ZIFs材料在选择性气体吸附/分离、催化反应、光学、磁性材料及其他方面的应用。最后对合成新型的ZIFs材料,并将该ZIFs材料应用在电子设备、能源利用以及环境保护等方面进行了展望。

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。

离子液体修饰的磁性类沸石咪唑酯骨架材料在藻毒素分析中的应用

采用基于离子液体修饰的类沸石咪唑酯磁性复合纳米材料(IL@M/ZIF-8)的磁性固相萃取(MSPE)前处理技术,结合超高效液相色谱-三重四极杆串联质谱法(UPLC-MS/MS)测定环境水体中痕量微囊藻毒素MC-RR和MC-LR的浓度水平。以扫描电镜和透射电镜对合成材料进行表征,并对UPLC-MS/MS条件和MSPE技术中吸附剂用量、水样pH值、洗脱溶剂的种类、振荡时间等参数进行优化。在最佳条件下,MC-RR和MC-LR分别在0.01~5μg/L和0.05~5μg/L浓度范围内呈良好线性,线性系数(r)分别为0.9995、0.9993,检出限分别为1.98、3.94ng/L,定量下限分别为6.52、12.98ng/L。将该方法应用于实际水样的测定,加标回收率为88.5%~108%,相对标准偏差为1.5%~7.2%。该方法操作简单,灵敏度高,可用于水样中痕量微囊藻毒素的检测。

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。

沸石咪唑酯骨架材料包覆类黑素环保色料的制备

为解决类黑素在着色过程中不稳定、易水解、染色效率低等问题,利用物理包覆法,将沸石咪唑酯骨架材料(ZIF-8)作为载体包覆类黑素,制备类黑素环保色料。其工艺参数为:ZIF-8粉末用量100 mg、类黑素溶液质量浓度12 g/L、包覆时间3 h、吸附温度30℃、磁力搅拌器转速2000 r/min。对包覆后的类黑素色料定量和定性分析后可知,该试验得到了包覆率大于50%的类黑素环保色料。

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。

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。

pH响应性吡唑醚菌酯/沸石咪唑酯骨架材料纳米颗粒的制备及抑菌活性

沸石咪唑酯骨架材料(ZIF-8)稳定性好,比表面积大,纳米粒径可调,具有酸敏感性。为研究其在农药递送中作为缓控释载体的性能和应用,以吡唑醚菌酯(pyraclostrobin,以下简称Pyr)为模式农药,以二价锌为配位中心,二甲基咪唑为有机配体,采用“一锅法”制备了pH响应性吡唑醚菌酯控释剂Pyr@ZIF-8;通过扫描电子显微镜(SEM)、动态光散射激光粒度仪(DLS)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和热重分析(TGA)等物理手段对Pyr@ZIF-8的形貌、粒径和Zeta电位等进行了表征;采用高效液相色谱(HPLC)考察了其在紫外光源下的光解稳定性和不同pH值下的酸控释放性能;最后分别采用菌丝生长速率法和盆栽试验研究了其对油菜菌核病菌的抑制效果。结果表明:所制备的Pyr@ZIF-8的平均粒径为143.1 nm,载体ZIF-8对Pyr的负载率为10.8%;与Pyr原药相比,紫外光照下Pyr@ZIF-8中Pyr的降解率降低了6.2%;在pH值分别为4.0、6.0、8.0的环境下静置24 h,Pyr@ZIF-8中Pyr的释放率分别为88.1%±2.5%、67.3%±3.1%和25.6%±2.9%,表现出pH响应性释放性能;在0.1μg/mL质量浓度下,Pyr@ZIF-8对油菜菌核病菌的抑制效果比其乳油高16.4%(生长速率法)和9.4%(盆栽试验)。上述结果表明,所制备的纳米递送体系Pyr@ZIF-8不仅具有减缓吡唑醚菌酯光降解的作用,还有良好的酸控缓释和更高的抑菌效果。

基于类沸石咪唑酯框架ZIF-8纳米抗菌剂的研究进展

一直以来,抗生素是治疗细菌感染最有效的手段,然而新型抗生素的研发速度落后于细菌耐药性的快速增长,导致感染性疾病死亡率逐渐上升。因此开发其他形式的抗菌技术是目前研究重点和难点。近年来,纳米技术逐渐应用到生物医学领域,纳米药物载体成为广大学者的研究焦点。其中,类沸石咪唑酯框架ZIF-8是一种生物相容性好、结构稳定的金属有机框架材料,是一种极具潜力的抗菌材料及抗菌药物载体。对其在此方面的研究现状做一综述。

沸石咪唑酯骨架(ZIFs)的制备及性能研究进展

叙述了几种常用制备沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)材料的方法,并对各种方法进行深度分析。还对其各项性能进行了阐述,其优异的吸附性、稳定性、催化性与摩擦性能在气体吸附与分离,废水治理,化学传感器制作,光催化领域及润滑等方面应用十分具有前景。

催化剂ZIF-67的制备及合成D-阿洛酮糖的工艺优化

为降低D-阿洛酮糖的生产成本,本研究旨在开发一款易回收、可重复使用的D-阿洛酮糖无机催化剂,并优化该催化剂生产D-阿洛酮糖的工艺。本文利用Co^(2+)和2-甲基咪唑在水相中合成沸石咪唑酯骨架材料(Zeolitic imidazolate framework-67,ZIF-67),并对其进行表征;并以pH(A)、催化温度(B)、催化时间(C)展开单因素实验;进一步采用响应面法对其催化工艺进行优化。ZIF-67呈现菱形十二面体的结构,催化性能良好,Design Expert 13预测最优反应条件为pH11.1、温度80.0℃、催化时间11.2 min。此条件下,ZIF-67催化活性为1003.5μmol·min^(-1)·g^(-1)。本文首次开发一款D-阿洛酮糖无机催化剂ZIF-67,并通过响应曲面较好地预测出ZIF-67合成D-阿洛酮糖的最佳反应条件,也为D-阿洛酮糖工业化生产开辟了新途径。

一锅法合成纳米复合材料MB@ZIF-67及其表征研究

采用一锅法将染料亚甲基蓝(MB)成功的组装入类沸石咪唑酯骨架结构材料Co(mIm)_2(ZIF-67)的孔道中,合成了纳米复合材料MB@ZIF-67,并对其进行了表征。同时研究了ZIF-67和MB@ZIF-67对染料甲基橙(MO)的吸附,结果表明:两者对MO的最大吸附量分别为12.8和15.5mg/g;最大去除率分别为63.7%和77.5%。吸附过程是ZIF-67骨架中的钴离子与MO分子中—SO_3^-之间的静电引力引起的。同时二者的吸附量相差2.7mg/g,说明吸附过程中MB@ZIF-67与MO之间存在较大的范德华力。

ZIF-67和ZIF-8对酸性红151的吸附脱色性能研究

研究了具有SOD拓扑结构的ZIF-67和ZIF-8两种类沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIFs)对酸性红151(AR151)染料废水的吸附脱色作用,对影响实验因素的初始浓度和接触时间进行了探讨。结果表明:ZIF-67和ZIF-8吸附剂对AR151的吸附较好地符合Langmuir吸附等温线,并且两者对AR151的最大吸附容量分别为72.44mg/g和57.80mg/g。吸附过程的机理可能是由于不饱和骨架金属Co(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)与染料分子中-SO3-之间的静电引力所造成。

腈纶基ZIF-8功能材料的制备及对染料的脱色

采用原位生长法将类沸石咪唑骨架材料(ZIF-8)负载到腈纶(PAN)纱线上,并进行预氧化处理,制得ZIF-8/腈纶功能材料。采用扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)等对制备的功能材料进行表征,探讨了功能材料对活性黑KN-B、活性艳蓝KN-R和亚甲基蓝染料的脱色效果。结果表明,以甲醇为溶剂制备的预氧化ZIF-8/PAN功能材料对染料的脱色效果最好,且经预氧化处理的ZIF-8/PAN功能材料对活性黑KN-B的脱色率比未预氧化的ZIF-8/腈纶功能材料高近20%。比较不同染料的脱色效果发现,亚甲基蓝的脱色效果最好,活性黑KN-B次之,活性艳蓝KN-R最差。

H_(5)PMoV@ZIF-67-0.02催化降解双酚A活性

双酚A(BPA)是常见的化工原料,因大量使用导致水中普遍存在BPA及其衍生物,给生物体健康造成严重威胁.基于此,设计合成了系列多酸基金属有机框架材料(H_(5)PMo_(10)V_(2)O_(4)0@ZIF-67-n,缩写为H_(5)PMoV@ZIF-67-n,n代表合成过程中H_(5)PMoV的用量),利用类沸石咪唑骨架材料ZIF-67的吸附性以及多金属氧酸盐H_(5)PMoV的氧化性协同作用,促进BPA高效降解.结果显示:该体系中BPA降解率在10 min可以达到最大(98.2%),且对不同pH的水环境均表现出较高的降解率.该催化剂具有较高的稳定性,反应后仍保持原始结构.

核壳结构ZIF-67@ZIF-8的制备及其超级电容性能研究

采用胶体化学合成法,在室温下使六水硝酸钴[Co(NO_(3))_(2)·6 H_(2)O]与2-甲基咪唑(MeIm)反应制备出ZIF-67,并将其作为湿种子,再通过原位生长法将二水乙酸锌(C4H_(6)O_(4)Zn·2 H_(2)O)与2-甲基咪唑(MeIm)生成的ZIF-8包裹在ZIF-67外,制备出核壳结构ZIF-67@ZIF-8材料,并用场发射扫描电镜(FE-SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等方法对材料的形貌和结构进行表征。实验通过控制变量法改变原料金属离子的摩尔配比,得到不同配比下的样品,并将其制备成工作电极,在三电极体系下进行循环伏安法、恒流充放电法等电化学测试,结果表明,在原料金属离子(Co^(2+)与Zn^(2+))的摩尔比为1∶1时,制备出的材料在恒流充放电测试中电流密度为1 A/g时比电容为1144.4 F/g,具有较高的比电容以及较好的循环稳定性。

ZIF-8/GO协同聚磷酸铵复合改性沥青阻燃性能及机理

为探究沥青路面的火灾安全问题,设计并制备了沸石类咪唑框架材料/氧化石墨烯(ZIF-8/GO)阻燃剂,并将其与聚磷酸铵(APP)进行复配应用于沥青的阻燃抑烟改性。采用FTIR,XRD,Raman和XPS对ZIF-8/GO的结构进行表征。采用氧指数法、锥形量热仪和热重红外气质联用仪对复合改性沥青的阻燃性能进行表征。结果表明:ZIF-8/GO与APP的复配存在良好的协同效应,对沥青具有良好的抑烟效果。当添加质量分数为3%的ZIF-8/GO和质量分数为7%的APP时,复合改性沥青试样已符合相关标准规范中复合改性沥青难燃的规定;复合改性沥青试样的热释放速率曲线较为平缓且范围变宽,峰值热释放速率较沥青降低了44.97%,复合改性沥青试样的总生烟量值也明显降低,ZIF-8/GO和APP的添加能显著减缓复合改性沥青的燃烧速率,使得燃烧相对缓和地进行,有效地减少烟雾的排放及降低燃烧过程中释放的热量;复合改性沥青试样燃烧后生成连续且致密的炭层,可以起到良好的阻隔作用。APP和ZIF-8/GO的复配实现了凝聚相和气相共同阻燃,因而表现出良好的阻燃性能。此外,添加ZIF-8/GO和APP复配阻燃剂对复合改性沥青试样的基本路用性能有所影响,但均在标准规范范围之内。