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.

MnO@N-C双功能氧电极催化剂的制备与电化学性能

为了解决锰氧化物氧电极催化剂导电性差的问题,并进一步提高其催化活性,引入沸石咪唑酯骨架结构(ZIF8)材料与二氧化锰(MnO_(2))材料复合,经高温煅烧后,制得具有高稳定性和双功能催化活性的MnO@N-C催化剂。采用SEM、XRD、XPS对MnO@N-C催化剂进行表征,并将其用于锌空气电池,考察该催化剂的催化性能和电池性能。结果表明:ZIF8的加入为材料提供了丰富的氮(N)源和碳(C)源,增加了催化活性位点,提高了催化剂的导电性和活性,同时,通过2种材料之间的协同作用,使MnO@N-C催化剂实现了较高的双功能性能;催化剂在碱性电解液中的氧还原(ORR)半波电位为0.78 V,与Pt/C催化剂(0.81 V)相接近,同时MnO@N-C催化剂还具有较低的Tafel斜率(113.74 mV/dec);在10 mA/cm^(2)下催化剂的氧析出(OER)电位E_(j=10)为1.66 V,与贵金属催化剂IrO_(2)(1.66 V)相当;使用MnO@N-C催化剂组装的锌空气电池峰值功率密度达到121 mW/cm^(2),在10 mA/cm^(2)下可稳定循环80 h,显示MnO@N-C催化剂具有优异的电化学循环稳定性,是一种非常有前途的高性能锌空气电池氧电极双功能催化剂。

多面体双壳层Co_(3)O_(4)-ZnO及其CO传感性能

以甲醇为溶剂,静置沉淀法合成Co掺杂的ZIF(zeolitic imidazolate framework)-8,将其在管式炉中空气氛围下退火得到多面体双壳层Co_(3)O_(4)-ZnO.通过X射线衍射仪(Xray diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)、热重分析仪(thermal gravimetric analyzer,TGA)手段对合成材料的组成、形貌和热稳定性进行了表征.结果表明,纯ZIF-8在较低的退火温度下保持稳定,更高温度的退火使ZIF-8生成结构坍塌的ZnO.4%Co掺杂的ZIF-8在较低温度下退火后得到多面体双壳结构的Co_(3)O_(4)-ZnO(CZO-4),表明Co在ZIF-8的氧化过程中提供了催化氧化的活性位点,降低了2-甲基咪唑的氧化反应能垒.同时,较低的退火温度给予ZnO充分的成型时间,使其保持菱形十二面体结构而不坍塌.由Co元素催化由外而内的氧化生长过程,最终使ZnO生长为双壳层结构.而将Co的载量提高到8%,得到的双壳层则变得不明显(CZO-8).在对CO气敏测试结果分析中发现,相对于CZO-8和ZnO,CZO-4具有更优异的CO传感性能,具有高灵敏度(R_(a)/R_(g)=21.8@100×10^(-6)CO)、高选择性(达到H_(2)灵敏度的8.7倍)和长期稳定性(在42 d测试中信号平稳).这是由于CZO-4具有较大的比表面积和气体传输通道,以及Co作为活性位点对CO催化氧化作用带来的气敏性能的提升.

基于RGO-Au-ZIF-8复合材料的电化学传感器制备及其在铅离子和铜离子同时检测中的应用

金属有机骨架(MOFs)材料因其结构和组成特点在重金属离子的吸附和预富集方面表现出独特优势,在重金属离子的光学传感方面显示出极大的应用潜力,但其导电性较差,这大大限制了其在电化学传感领域的应用.制备了一种功能化的金属有机骨架复合材料——热还原氧化石墨烯-金-沸石咪唑酯骨架材料(RGO-Au-ZIF-8).该复合材料具有较本体MOF显著改善的电化学性质,利用其构建电化学传感平台实现了对水相溶液中铅离子(Pb^2+)和铜离子(Cu^2+)的同时灵敏检测.借助扫描电子显微镜、透射电子显微镜、紫外可见吸收光谱法和各种电化学技术对所制备材料及其修饰电极的形貌、结构和电化学特性进行了表征.采用阳极溶出伏安法(DPASV)对水相溶液中的Pb^2+和Cu^2+进行检测,并对检测溶液pH、沉积时间和沉积电位等实验参数进行了优化.在最优化条件下,该传感平台对Pb^2+和Cu^2+的检测线性浓度范围分别为0.005~10 (Pb^2+)和0.01~10 (Cu^2+)μmol·L^-1,检测限为2.6×10^-9 (Pb^2+)和7.8×10^-9 (Cu^2+) mol·L^-1.此外,还对该传感平台的选择性、重现性和稳定性进行了考察,并进行了实际水样中Pb^2+和Cu^2+的回收实验.该工作为重金属离子的同时、快速且灵敏的检测提供了一种新的平台,并大大拓展了MOFs材料的电化学应用.