微纳米金属有机骨架化合物的制备

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金属有机骨架化合物(Metal-Organic Frameworks,MOFs)是由有机配体和金属离子通过自组装构成的一类新型功能材料,其结构丰富多样,性能独特优异,因而在化学、材料学等领域具有良好的发展前景。沸石咪唑酯骨架化合物(Zeolitic Imidazolate Frameworks,ZIFs)一类新型MOFs,可以看作含氮杂环类MOFs。ZIFs具有优异的化学稳定性和热稳定性,成功地克服了传统MOFs结构稳定性方面的不足。  本文选用醋酸锌和2-甲基咪唑作为反应物,在微波辐射条件下,在水溶液中成功合成出ZIF-8微纳米颗粒,这是首例在此条件下合成出的ZIF-8。与传统的合成方法相比,该方法缩短了反应时间,反应以水作为溶剂,不但成本较低,而且环境友好。通过对产物进行X-射线粉末衍射(PXRD)、扫描电镜(SEM)表征和气体吸附测试后,表明合成产物为纯相的ZIF-8,产物形貌呈菱形十二面体结构,大小约为350 nm。样品的Langmuir比表面积和BET比表面积分别为1416 m2·g-1和1075 m2·g-1;而基于t-plot方法计算出的孔体积约为0.49 cm3·g-1,这些数据表明微波条件下合成的ZIF-8具有良好的吸附性能。实验中还运用不同锌盐(硝酸锌、氯化锌、溴化锌和高氯酸锌)与2-甲基咪唑反应成功合成出形貌、尺寸各异的ZIF-8,并且对阴离子在反应中的作用进行了讨论。此外,文中对反应机理进行了研究,并且对2-甲基咪唑与锌的比例和pH对产物形貌、尺寸的影响进行了讨论。最后,运用该方法成功地合成出ZIF-67,证明了该方法的普遍适用性。  选用氧化锌做金属源,利用不同溶剂(水、甲醇、DMF)、不同加热方式(烘箱加热、微波辐射)和不同反应时间研究ZIF-8的合成。结果表明,烘箱加热固相法、甲醇和DMF作溶剂的溶剂热法均可以得到纯相的ZIF-8。与金属盐合成ZIF-8相比,本方法具有反应效率更高,产量更高,ZnO不具有腐蚀性等优势。最后,对ZnO合成ZIF-8的机理作了简单的讨论,对反应的影响因素作了总结。
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