金属有机框架ZIF-8材料及其在电化学析氧反应中的应用研究进展

ZIF-8是近年来新材料领域的研究热点,其拥有较大的比表面积、灵活的化学结构、永久的孔穴和较高的孔隙率,在气体储存、催化和膜分离等领域具有广阔的应用前景。ZIF-8是由金属Zn 2+与2-甲基咪唑反应形成的一种多孔材料。本文重点总结了ZIF-8材料的合成方法,并对其在电化学析氧反应(OER)中的应用进行综述。设计并开发出具有优良性能的ZIF-8及其衍生材料对电化学OER的应用具有重要作用,并进一步对其用于电化学OER存在的机遇和挑战进行了展望。

基于功能化金属有机骨架材料ZIF-8@GOx的葡萄糖检测方法

针对当前的葡萄糖检测技术速度不快、灵敏度不高的问题,合成了一种葡萄糖氧化酶功能化的金属有机骨架(metal organic framework materials zeolite imidazole framework-8 for functionalization of glucose oxidase,ZIF-8@GOx)材料,通过添加氯化血红素(Hemin)和鲁米诺(Luminol)试剂,利用化学发光法实现简单、快速的葡萄糖检测。优化实验条件后,ZIF-8@GOx-Hemin-Luminol体系对葡萄糖的检测线性范围为5.0×10^(-6)~1.0×10^(-3)mol/L,检测限为7.2×10^(-7)mol/L。对比其他检测方法,该方法线性范围宽且检测限较低,同时拥有良好的选择性。今后有望将该方法运用于血液及食品中葡萄糖的检测。

pH和近红外光双响应的包裹二硫化钼纳米片和阿霉素的金属-有机框架ZIF-8用于肿瘤化学/光热协同治疗

利用金属-有机框架材料ZIF-8包裹二硫化钼(MoS 2)纳米片和阿霉素(DOX)构建一种可通过酸性pH和近红外(NIR)光双触发的肿瘤化学/光热协同治疗体系。首先,通过水热反应和超声处理制备粒径为~100 nm、厚度为0.3~1.4 nm的MoS 2纳米片。然后,通过一步法将可酸降解的金属-有机框架ZIF-8包裹在所制备的MoS 2纳米片上,并同时装载抗肿瘤药物DOX,形成装载DOX的ZIF-8包裹MoS 2纳米复合物(DOX/MoS 2@ZIF-8)。将该纳米复合物应用到肿瘤细胞的化学/光热协同治疗:当处于酸性条件(例如:溶酶体中pH大约为5)和NIR激光(780 nm,2.1 W/cm 2)照射的情况下,DOX/MoS 2@ZIF-8纳米复合物上包裹的ZIF-8金属-有机框架会发生酸降解,释放出所包裹的DOX,细胞质中的DOX可以进入细胞核中诱导细胞凋亡;同时,MoS 2纳米片能够将光能转换为热能,光致高温同样能诱导细胞凋亡,因此,化学/光热协同肿瘤治疗得以实现。细胞存活率试验证明:该DOX/MoS 2@ZIF-8纳米复合物在SMMC-7721细胞上表现出良好的化学/光热协同治疗作用,能够对肿瘤细胞进行高效地杀伤。

金属有机框架材料MIL-126(Fe)对C_(3)H_(8)/C_(3)H_(6)反转吸附分离性能研究

【目的】丙烯(C_(3)H_(6))是一种重要的烯烃原料,在实际生产中去除其中的丙烷(C_(3)H_(8))杂质非常重要。金属有机框架材料(metal-organic frameworks,MOFs)对于C_(3)H_(6)和C_(3)H_(8)的分离纯化有着极大的前景,其中C_(3)H_(8)选择性吸附剂可一步获得高纯C_(3)H_(6)产物,有着极高的工业价值。MIL-126(Fe)由于富含的低极性苯环提供了密集的电负性结合位点,对于烷烃的优先吸附有很大潜力。【方法】采用溶剂热法合成了MIL-126(Fe),对其稳定性及C_(3)H_(8)/C_(3)H_(6)吸附分离性能进行了研究。【结果】MIL-126(Fe)有优异的稳定性;298 K和1 bar下C_(3)H_(8)吸附量为185.37 cm3/g,高于大部分C_(3)H_(8)选择性吸附MOFs材料;对C_(3)H_(8)/C_(3)H_(6)混合气体的IAST选择性在0.1 bar时为1.44,1 bar时为1.23,表明MIL-126(Fe)对C_(3)H_(6)和C_(3)H_(8)混合气体反转吸附,其C_(3)H_(6)回收潜力为19.71 cm3/g,接近国内外研究的最高水平。【结论】气体穿透实验结果表明MIL-126(Fe)对于一步获得高纯C_(3)H_(6)有极大的工业应用潜力。

金属-有机框架材料ZIF-8的合成机理研究

金属-有机框架材料是将过渡金属离子与有机配体通过自组装而形成的网络状拓扑结构晶体,沸石咪唑酯框架材料是金属-有机框架材料的一个分支。本研究采用溶剂热法制备ZIF-8晶体,揭示主要影响因素对ZIF-8晶体形貌、大小的影响规律及合成过程机理,确定的最佳合成条件为:硝酸锌为锌源,2-甲基咪唑为有机配体,DMF为有机溶剂,金属离子与有机配体的摩尔比为3:2,合成温度为120℃,反应时间为10 h,并用X-射线衍射、扫描电子显微镜、红外光谱衍射、热重分析等对ZIF-8晶体表征。

铁掺杂沸石咪唑酯基金属有机框架材料ZIF-8及其热处理产物对洛克沙胂的吸附研究

以原位负载乙酰丙酮铁的ZIF-8为前驱体,在N_2氛围下分别在300℃和700℃下热解得到不同的产物。实验结果表明,300℃条件下热解ZIF-8结构稳定保持,得到了负载γ-Fe_2O_3的ZIF-8,具有发达的孔道结构,比表面积为1430 cm^2/g,总孔容为0.50 cm^3/g;而在700℃条件下热解,ZIF-8骨架结构坍塌,产物为复合结构的γ-Fe_2O_3和多孔碳材料,比表面积为443 cm^2/g,总孔容为0.51 cm^3/g,其中介孔占主要部分。以空白ZIF-8、铁掺杂ZIF-8在300℃和700℃热处理产物用于水中洛克沙胂的吸附。整个吸附过程均可在6 h内达到平衡,平衡吸附量分别为135.87 mg/g、158.90 mg/g和99.94 mg/g。铁掺杂ZIF-8在300℃热处理产物对洛克沙胂溶液吸附效果最好。

一种实现锂均匀沉积的金属-有机框架材料

在锂金属电池内部锂负极表面,不均匀的离子分布和锂沉积会导致自由无序状锂枝晶生长,枝晶尖端刺穿隔膜,电池的性能快速降低,最终导致电池短路失效。为了解决枝晶生长问题,实现均匀锂沉积和电池长循环性能,本工作引入了一种具有吸附阴离子能力的金属-有机框架结构材料,即ZIF-8(沸石咪唑框架8号),作为电解液的添加剂,对锂金属电池内部锂负极表面离子传输进行调控。最终实现了在3 mA·cm^(-2)电流密度和3 mAh·cm^(-2)面内容量测试条件下,长于400 h的锂对称电池长循环性能,该性能远远超过同样测试条件下的未改性锂对称电池性能(150 h),证明了金属有机框架材料ZIF-8具有调控负极表面离子分布和实现锂金属电池锂均匀沉积的特性。

Fe_(3)O_(4)@ZIF-8-表面辅助激光解吸/电离质谱法检测美洲大蠊多肽

本实验在室温下合成了以Zn作为金属中心,2-甲基咪唑作为连接剂的磁性金属有机框架材料Fe_(3)O_(4)@ZIF-8,以Fe_(3)O_(4)@ZIF-8作为固体基质,通过建立Fe_(3)O_(4)@ZIF-8-表面辅助激光解吸/电离质谱(SALDI-MS)法,实现了美洲大蠊小分子多肽IPMTAPGL-NH_(2)、LTAPGL-NH_(2)、SLMTGPGL-NH_(2)、SLHTAPGL-NH_(2)的快速检测。实验优化了基质浓度、检测限和点样方法等条件,考察了该基质对美洲大蠊多肽IPMTAPGL-NH_(2)的质谱信号影响。与传统基质辅助激光解析电离质谱法(MALDI-MS)相比,Fe_(3)O_(4)@ZIF-8-SALDI-MS法检测背景更干净,目标多肽响应更强,检测灵敏度更高。该法可应用于血样中美洲大蠊多肽IPMTAPGL-NH_(2)的快速检测。

ZIF-8金属有机骨架吸附分离辛烷同分异构体研究

航空汽油基础油中少量的正烷烃是导致航空汽油基础油辛烷值较低的根本原因。本项目利用ZIF-8金属有机骨架对辛烷同分异构体的单组分、双组分穿透实验进行了研究,考察了温度、压力、组成对吸附平衡的影响。研究表明:正辛烷单组分吸附等温线符合兰缪尔等温模型。由2,2,4-三甲基戊烷与正辛烷的二元穿透实验可知,在本实验条件下,正辛烷能够实现与2,2,4-三甲基戊烷的完全分离,且ZIF-8对二元混合物中正辛烷的吸附量接近于单组分正辛烷的吸附量。实验同样表明:尽管随二元混合物中正辛烷含量的降低分子筛对正辛烷的吸附选择性降低,但当混合物中正辛烷体积分数低于2,2,4-三甲基戊烷的体积分数时,该分子筛也能对正辛烷实现完全分离。

金属有机框架-有序介孔碳修饰的玻碳电极用于测定8-羟基脱氧鸟苷

通过水热法制备了金属有机框架材料(ZIF-8),采用ZIF-8和有序介孔碳(OMC)修饰玻碳电极(GCE),采用循环伏安法和交流阻抗法对此修饰电极(ZIF-8/OMC/GCE)的电化学性能进行了研究。结果表明,经过修饰可增大裸玻碳电极的有效表面积、改善电极的电催化活性。利用差分脉冲伏安法研究了8-羟基脱氧鸟苷在ZIF-8/OMC/GCE上的电化学特性。结果表明,此修饰电极的电流响应值与8-羟基脱氧鸟苷的浓度在0.35~350μmol·L-1内呈线性关系,检出限(3S/N)为0.22μmol·L-1。采用修饰电极测定人尿样中的8-羟基脱氧鸟苷,加标回收率在90.1%~108%之间。

装载雷公藤甲素的金属有机骨架材料ZIF-8的制备、表征及优化研究

目的优选金属有机骨架材料二甲基咪唑锌盐(ZIF-8)的制备方法,并考察其用于装载雷公藤甲素的工艺条件。方法以六水合硝酸锌和2-甲基咪唑为载体材料,设计单因素试验,考察物理搅拌法、超声法及水热合成法3种制备工艺,并用X-射线粉末衍射(XRD)等方法对材料进行表征。设计正交试验,以载药量及包封率为评价指标,确定雷公藤甲素的最佳载药工艺。结果利用物理搅拌法制备的ZIF-8晶体较优且稳定,比表面积最大为1622.38 m2·g-1。最佳载药工艺为药载比5∶12,载药浓度6 mg·mL-1,载药时间3 d。3批验证数据表明,雷公藤甲素载药量与包封率分别为(49.87±1.26)%和(70.66±1.26)%。结论采用物理搅拌法能成功制得ZIF-8,其用于装载雷公藤甲素具有较高的载药量和包封率。该方法操作简便,工艺稳定。

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。

关于多功能ZIF-8纳米材料的制备及其生物医学应用的研究

沸石咪唑骨架(ZIF-8)是一种多功能纳米材料,可以包封多种生物分子(如蛋白质、肽、多糖等),利用不同基团对其表面进行修饰可以使其更好地作用于肿瘤细胞、病毒或细菌,这些优势使其在生物医学方面得到广泛应用。笔者讨论了ZIF-8的结构、合成方法以及具体分类;并介绍了ZIF-8在生物医学方面的应用,包括:生物治疗、生物成像和生物抗菌等领域。包封了药物的ZIF-8可通过光热疗法(PTT)、化学动力疗法(CDT)、基因疗法或多模态协同治疗等方式来提升癌症治疗效果,同时降低毒副作用;包封了造影剂的ZIF-8便于在肿瘤部位的成像包括:核磁成像、荧光成像、光声成像等;包封了抗菌剂的ZIF-8与游离的抗菌剂相比具有更优异的活性。最后对其在生物医学方面所拥有的发展前景进行展望,评估了其作为近几年兴起的新型纳米材料所面临的潜在挑战。

ZIF-8低温碳化改性及其吸附性能研究

高浓度、高排放和高毒性的有机染料废水对水体环境和人体危害极大,开发具有高吸附量、优良循环利用性和选择性吸附的新型吸附剂十分重要。锌有机框架材料ZIF-8具有高比表面积、优良稳定性、低成本和丰富活性位点,可针对有机染料进行有效吸附。本文对ZIF-8进行低温碳化处理,通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、热重(TG)和Zeta电位等表征其结构变化。结果表明550℃碳化处理后的材料(CZ-550)具有高吸附酸位点、高比表面积和表面正电荷(+24 mV)以及较高吡啶N含量。在较宽pH范围(pH=3-13)内对甲基橙具有高吸附性能,最大饱和吸附量为1100 mg·L^(-1),具有对阴离子型有机染料的选择性吸附。吸附动力学研究表明其符合伪二级动力学模型,与Langmuir、Freundlich和Temkin三种等温吸附模型具有较好相关性,吸附机理为物理和化学吸附。因而低温碳化处理的CZ-550在阴离子吸附领域具有良好的应用前景。

分级孔ZSM-5@ZIF-8催化剂的制备及其在串联催化中的应用

为解决串联反应中单一催化剂存在空间隔离引起的不同催化活性位点失活、副反应等问题,本文将ZSM-5与ZIF-8进行复合,得到一种多级孔酸碱催化剂,其中ZSM-5提供酸性位点,ZIF-8提供碱性位点。利用X射线衍射、比表面积测试仪和扫描电子显微镜等测试手段对催化剂的形貌以及结构进行表征。对其在苯甲醛二甲基缩醛的酸解缩合串联反应中的催化性能进行测试。结果表明:ZIF-8较好地复合在ZSM-5的孔道中,具有较高的结晶程度;在串联催化中表现出优异的转化率以及选择性,拥有很好的循环稳定性。

三维双金属硫化物Co_(9)S_(8)/MoS_(2)/C异质结用于增强钠离子存储

钠离子电池(SIBs)的阳极材料一直备受研究关注,但缓慢的动力学行为和较大的体积变化限制了其在实际应用中的推广。为了克服这些问题,本研究利用金属有机框架和MoS_(2)的优异性能,设计并制备了具有稳定骨架结构的复合材料。以Co-ZIF为前驱体,添加Mo源材料,在高温硫化烧结的过程中,构建了花状的Co_(9)S_(8)/MoS_(2)/C复合材料,探究其在不同温度条件下的结构和电化学性能。此外,通过密度泛函理论(DFT)分析了Co9S8(001)/MoS2异质结对扩散动力学的影响。结果表明,电子结构在异质结构的界面处发生了重塑,Co_(9)S_(8)/MoS_(2)表现出典型的金属性和显著增强的电子导电性。在所有样品中,700℃合成的阳极材料Co_(9)S_(8)/MoS_(2)/C具有更稳定的结构和优异的电化学性能。当电流密度从4000恢复到40 mA g^(-1)时,Co_(9)S_(8)/MoS_(2)/C-700的放电容量可以从368 mAh g^(-1)完全恢复到571 mAh g^(-1),并稳定在543 mAh g^(-1)。综上所述,本研究提供了一些关于异质结材料合理制备的思路,有助于设计高性能的金属钠离子电池负极复合材料。

ZIF-8制备方法及其应用研究概述与展望

沸石咪唑酯骨架作为MOFs材料的分支之一,因其高稳定性以及高导电性而一直广受关注。本文总结了ZIF-8部分制备方法以及ZIF-8在催化、生物医学、吸附等领域的研究进展。并根据现有的研究,对ZIF-8在污水治理方面的应用进行了展望。

ZIF-8@HKUST-1复合吸附剂的构筑及四环素吸附性能研究

针对目前水体中抗生素污染的热点研究,利用ZIF-8和HKUST-1优异的比表面积、可调节的孔结构和稳定性,构筑一类ZIF-8@HKUST-1复合吸附剂。以四环素为处理目标物,研究复合吸附剂对四环素吸附性能的影响。利用X射线衍射仪、扫描电镜、比表面及孔径分析仪等手段表征吸附剂结构,通过改变两者用量探究不同比例复合吸附剂对吸附性能的影响,利用动力学拟合分析复合吸附剂的吸附机理。此外,研究了溶液pH、离子强度和温度对吸附性能的影响。实验结果表明,ZIF-8@HKUST-1复合吸附剂显著增强了对四环素的吸附性能且吸附过程以化学吸附为主导。

基于ZIF-8的双错位光纤二氧化碳传感器

目的:提出一种基于ZIF-8的双错位结构光纤二氧化碳体积浓度传感器,通过透射光谱强度的变化分析传感灵敏度。方法:利用3段单模光纤两两错位熔接,使得包层模和纤芯模形成M-Z干涉,并将发生干涉的区域作为传感区域,在其表面涂覆具有吸附气体作用的有机金属框架结构ZIF-8。结果:在二氧化碳体积分数0.03%~1.03%的范围内,该光纤传感器的灵敏度可达8.322 dB/%。结论:这种基于ZIF-8的二氧化碳传感器,具有制作简单、信号解调便捷等优势,对于当前CO 2浓度检测具有重要意义。

功能性金属有机框架在生物传感器中的应用

近年来,金属有机框架(MOFs)领域的飞速发展为新型功能MOFs在各种生物传感领域的应用提供了前所未有的发展机遇。MOFs与多种功能组分的结合,为基于MOFs的生物传感应用带来了新的结构和新的特点,如更高的稳定性、更高的灵敏度、更高的灵活性和更高的特异性。本文简述了近年来功能性MOFs在生物传感范畴的最新研讨进展,在这篇综述中,根据MOFs在生物传感器中的核心作用,简述了MOFs在生物传感器中的应用,包括敏感元件的载体、酶模拟元件、电化学信号和光信号等。最后,对功能性MOFs在生物传感范畴的应用现状和发展趋向进行了展望。