ZIF-8衍生多孔碳在电容去离子处理重金属废水中的应用

电容去离子技术(CDI)作为一种新兴的环保节能脱盐技术,目前已逐步应用于处理重金属废水,其电极材料多为各种碳基材料制备,且CDI的电吸附效率与材料的特性有直接关系。本研究先采用2-甲基咪唑锌盐(ZIF-8)在N_(2)气氛下碳化得到的ZIF-8衍生多孔碳(ZDPC),然后与活性炭(AC)制备ZDPC/AC复合电极,并将该电极应用于吸附重金属废水中的Cr(Ⅵ)和Cu(Ⅱ)。采用单因素实验研究了吸附效果受电极电压、溶液初始浓度和初始pH等关键因素的影响,并确定了最佳吸附条件。论文结果表明,重金属离子在ZDPC/AC复合电极上的吸附以物理吸附和单分子层吸附为主,并具有优良的电化学吸附性能。该电极在重金属污染废水净化方面有着广阔的实际应用前景。

碳布负载ZIF-8衍生多孔碳的储能性能

为抑制多硫化物穿梭效应,通过在棉布上原位生长金属有机框架材料(MOF)2-甲基咪唑锌(ZIF-8)并热处理,制备锂硫电池正极中间层材料碳布负载ZIF-8衍生多孔碳(ZIF-C@CC)。采用XRD、SEM、循环伏安(CV)和电化学阻抗谱(EIS)等,对材料的组成、结构、表面形貌及电化学性能进行分析。结果证实了ZIF-8前驱体的形成,且ZIF-8衍生碳以正多面体结构致密包覆在碳布表面。该材料具有较好的循环稳定性及倍率性能,以0.2 C在1.7~2.8 V循环50次,放电比容量为710.3 mAh/g;在5.0 C下的放电比容量可达407.2 mAh/g。ZIF-C@CC材料性能的提升,可归因于ZIF衍生多孔碳骨架为多硫化物提供了更多活性吸附位点。

基于ZIF-8衍生氮掺杂多孔碳的高稳定性氧还原催化剂

沸石咪唑脂框架8(ZIF-8),高温热解处理得到氮掺杂多孔碳(NPC),通过双溶剂浸渍法、化学还原法以及酸处理,制备了NPC负载铂铜的开放型合金纳米颗粒催化体系。通过形貌表征和氧还原催化活性测试,筛选出最佳催化剂,该催化剂也在电流-时间测试中,表现出卓越的稳定性。其催化性能的提升,主要基于铜的引入对金属铂的d带中心的调控以及NPC中氮掺杂位点、羰基官能团对于金属纳米颗粒的锚定作用。

ZIF-8衍生氮掺杂多孔碳修饰电极对芦丁的电化学分析

以类沸石咪唑酯骨架材料(ZIF-8)为前驱体制备氮掺杂多孔碳(NPC),以玻碳电极(GCE)为基底电极、Nafion为稳定剂,构建修饰电极(Nafion-NPC/GCE)并应用于芦丁的伏安灵敏检测,芦丁是一种常见具有电化学活性的药物。循环伏安扫描出现一对峰形良好的氧化还原峰,该峰是典型的芦丁电化学反应信号。对相关的电化学参数进行求解,求出电子转移系数(α)和电子转移速率常数(ks)分别为0.985和0.123 s^?1。在最优实验条件下,芦丁的氧化峰电流与其浓度呈良好的线性关系,检测范围为0.1~450.0μmol/L,检出限为0.033μmol/L,本方法可应用于芦丁片中芦丁含量的检测。

ZIF-8衍生的多孔碳作DSSC对电极

根据金属有机框架材料(MOF)衍生的多孔碳的特点,本工作以ZIF-8为前驱体制得氮掺杂多孔碳(NPC)。采用多种表征方式研究了NPC的结构和形貌特点,利用CV曲线研究了NPC的电催化活性,并将其作对电极组装了染料敏化太阳能电池。研究表明,NPC-900的性能最佳,获得了7.1%的光电转化效率,略低于Pt电极的光电转化效率(7.6%)。

ZIF-8基多孔碳的制备及吸附性能

氮气氛围中煅烧ZIF-8,对煅烧后样品采用XRD、FESEM、BET、HRTEM等进行表征,并通过对亚甲基蓝的脱除来测试其吸附和光催化性能。结果表明,煅烧温度低于500℃时,碳化样品保持了ZIF-8的结构及形貌。温度达到600℃时,ZIF-8开始分解碳化,结构中的Zn转变成Zn O,形成Zn O@C复合物,但其光催化活性较低,这是由于Zn O被C包裹减少了与亚甲基蓝分子接触概率。随着温度的进一步升高,ZIF-8碳化成为具有石墨相结构的多孔碳。煅烧的温度越高,颗粒的团聚越明显,纳米级颗粒聚结形成明显的的块状物;碳化样品的比表面积越高,介孔和大孔所占比例也越大。亚甲基蓝的脱除实验显示,随着碳化温度的增加,碳化样品的脱除效果显著提高,1000℃碳化所形成多孔碳的脱除效果优于市售的活性炭,主要与高的表面积及多的介孔及大孔相关。

ZIF-8@PAN纳米纤维膜基多孔碳材料的制备及对镉离子的吸附性能

主要将通过磁控溅射技术制备所得的氧化锌@聚丙烯腈(ZnO@PAN)静电纺丝纳米纤维膜材料,利用溶剂热反应合成金属有机框架材料ZIF-8@聚丙烯腈(ZIF-8@PAN)纳米纤维膜材料,后经过900℃高温煅烧工序制备ZIF-8@PAN纳米纤维膜基多孔碳材料,并将其应用于水体中重金属离子镉的吸附。X射线衍射、红外光谱、扫描电镜分析表征结果表明,ZIF-8成功地在PAN纳米纤维膜上原位生长,经过高温煅烧,ZIF-8的结构并未明显改变。ZIF-8@PAN纳米纤维膜基多孔碳材料在水溶液中对镉离子具有良好的吸附效果。探究证明,吸附过程中,在溶液为中性条件下,且水浴加热35℃时,镉离子吸附效果最好,吸附效率最高可达到88%左右。

ZIF-8基三维分级多孔碳材料及其超级电容器的应用

沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIFs)具有孔径可调、高比表面积、优异化学稳定性和丰富的氮元素等优点,是制备多孔碳材料理想的前驱体。本文以自制ZIF-8为前驱体,经氮气气氛下950℃高温炭化制备三维分级多孔碳材料(3D-HPCs),显示出良好的电化学特性。该碳材料包含大量的微孔(<2 nm),以及部分中孔(2～4 nm),由于微孔、中孔和氮掺杂的协同作用,该三维分级多孔碳材料具有较高的电容特性和较低的离子扩散阻力。当电流密度为1 A/g时,3D-HPCs电极的比电容为187 F/g,当电流密度增至20 A/g,比电容保持率高达74%,展现出较高的比电容和良好倍率性能。循环寿命测试显示,在50 mV/s经5000次循环比电容无明显衰减,显示较好循环稳定性。

微波辅助加热法碳化不同粒径ZIF-8制备多孔碳材料

合成不同粒径的金属-有机骨架化合物ZIF-8,采用微波辅助加热方法直接碳化制备了纳米多孔碳材料。用扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、拉曼光谱(RAMAN)和氮气吸脱附等温线测试对材料的形貌、结构和孔径分布等进行表征。结果表明:ZIF-8粒径对微波辅助加热法制备的多孔碳形貌、结构具有很大的影响,100nm粒径的ZIF-8碳化的多孔碳具有多级孔道结构,并且有一定石墨化度。

外交变磁场对碳纸原位负载MOFs衍生氮掺杂多孔碳OER性能的影响

采用溶剂热法在碳纸(carbon paper,CP)表面分别原位负载2种金属有机框架(metal organic frame,MOFs)前驱体(记为Zn-MOF-74和ZIF-8),经900℃高温热处理后前驱体衍生为氮掺杂多孔碳,得到氮掺杂多孔碳@CP电催化剂材料,分别记为CP-Zn-MOF-74-900-N_(2)和CP-ZIF-8-900-N_(2)。研究CP的组成、孔结构以及外磁场强度对电催化剂OER(oxygen evolution reaction,析氧反应)性能的影响。结果表明,原位负载的ZIF-8在CP的纤维表面形成致密的棱形十二面体颗粒层,热处理后在纤维表面形成均匀的纳米级氮掺杂碳材料。ZIF-8-900-N_(2)的比表面积为1559 m^(2)/g,孔径为0.57 nm,孔容为1.59 cm^(3)/g,具有最佳的磁性能和磁致发热性能。碳纸和氮掺杂多孔碳@CP材料中,CP-ZIF-8-900-N_(2)具有最小的OER过电势和Tafel斜率,分别为334 mV(电流密度为10 mA/cm^(2),经过iR矫正)和187 mV/dec(decade,十进)。当存在外磁场时,随磁场强度增大,催化剂的OER过电势先降低然后稳定不变,当外磁场强度为5.54×10^(−3) T时,CP-ZIF-8-900-N_(2)的过电势达到最小值,为316 mV(没有经过iR矫正),比未引入磁场时下降约20.4%,这主要归因于磁流体动力学效应导致气泡尺寸减小、气泡聚结增强,使得气泡从电极表面的解吸得到改善。

多孔碳材料的制备及其在锂离子电池中的应用

利用溶剂热法,将前驱体ZIF-8通过高温在氮气保护的气氛下进行碳化,得到高比表面积的多孔碳材料。通过X射线衍射仪分析材料的物相,比表面积分析仪检测材料的比表面积和吸脱附情况,用扫描电镜来观察材料的微观形貌;最后,对多孔碳材料在锂离子电池中的电化学性能进行了测试,0.1C条件下测得的比容量为284.61 mAh/g,且循环性能较好,循环效率在95%以上,表明所制得的多孔碳材料具有良好的储锂性能。

ZIF-NC/PTCDA复合物可见光光催化活化过二硫酸盐降解水中的诺氟沙星

选用2-甲基咪唑锌(ZIF-8)作为前驱物,经高温煅烧形成多孔网状衍生物氮掺杂碳(ZIF-NC)。通过机械球磨法将ZIF-NC和有机半导体3,4,9,10-苝四甲酸二酐(PTCDA)复合制备ZIF-NC/PTCDA(P_(x)Z_(y))。采用粉末X射线衍射(PXRD),傅里叶红外变换光谱(FTIR),扫描电镜(SEM),紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS),X射线光电子能谱(XPS)等对材料的形貌和结构进行表征。研究不同比例ZIF-NC/PTCDA光催化活化过二硫酸盐降解诺氟沙星的效果。探究不同pH值、不同过二硫酸盐(PDS)投加量和共存离子对最佳比例P120Z80降解诺氟沙星性能的影响。经过3次循环后,P120Z80仍对诺氟沙星有较好的降解效果。通过循环前后PXRD,FTIR和SEM等表征进一步证明其具有良好的循环稳定性能。最后,通过电化学测试和活性物质捕捉实验,提出并证实了P120Z80光催化活化过二硫酸盐降解诺氟沙星的机理。