论文总字数：19004字

摘 要

ZIF-8最具有代表性的一种ZIFs材料，它有热稳定性较高，比表面积较大，具有笼型多孔结构等优势，是作为非均相催化剂的优良材料。本文采用室温水合法，将2-甲基咪唑和硝酸锌混合水溶液混合后于室温下进行合成，获得了花瓣状的ZIF-8材料。并对其使用XRD、SEM等仪器进行表征和结构分析。结果表明，合成的ZIF-8呈花瓣状，粒径大小约为3微米。从XRD图中可以看出，产物在10°和18°具有两个较高的峰，衍射图与标准花瓣状ZIF-8图谱一致。而N₂吸附试验表明，花瓣状ZIF-8具有一定数量的孔隙，它的平均孔径约为5.67 nm。用合成的ZIF-8在可见光下降解亚甲基蓝，以此来评价花瓣状ZIF-8的光催化活性。研究发现，加入ZIF-8作催化剂，亚甲基蓝的降解速率和降解量显著提高。

关键词：ZIF-8材料；有机染料；光催化活性。

Preparation of Petal Shaped ZIF-8 and Preliminary Study of its Photocatalytic Properties

Abstract

ZIF-8 is one of the most representative materials in ZIFs. It has potential application value as heterogeneous catalyst. Petal shaped ZIF-8 materials forms can be synthesized in the aqueous solution of 2-methylimidazole and zinc nitrate at room temperature. We used XRD and SEM to characterize and analyze the structure of flower-liked ZIF-8. The results showed that ZIF-8 was petal-liked and its particle size was about 3 μm. It can be seen from XRD that the product had two high peaks at 10° and 18° and the diffraction pattern was consistent with the standard petal ZIF-8 pattern. The N₂ adsorption test showed that the petal like ZIF-8 had a certain number of pores, and its average pore size was about 5.67 nm. The photocatalytic activity of flower-liked ZIF-8 was evaluated by the degradation of methylene blue under visible light. It was found that the degradation rate and amount of methylene blue increased significantly with ZIF-8 as catalyst.

Key Words: ZIF-8;Organic dye; Photocatalytic properties

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章绪论 1

1.1金属有机骨架材料（MOFs） 1

1.2沸石咪唑酯骨架结构材料（ZIFs） 1

1.3 ZIF-8材料的概述 2

1.3.1 ZIF-8材料的相关介绍 2

1.3.2 ZIF-8材料合成方法 3

1.3.3 ZIF-8材料性质影响因素 4

1.3.4 ZIF-8材料的应用 7

1.4光催化降解的原理与研究 8

1.5本课题研究目的与内容 8

第二章实验部分 10

2.1 仪器及试剂 10

2.1.1试剂 10

2.1.2仪器 10

2.2 ZIF-8材料的制备 11

2.3 光催化实验 11

第三章结果与讨论 12

3.1花瓣状ZIF-8的XRD表征 12

3.2花瓣状ZIF-8的SEM图 13

3.3 花瓣状ZIF-8的BET比表面积及孔径分布 13

3.4光催化降解 14

结论与展望 16

参考文献 17

致谢 21

第一章绪论

1.1金属有机骨架材料（MOFs）

金属有机骨架化合物^[1]（也被称作多孔配位聚合物），是由有机连接体和含金属的节点（也称次级建筑单元或SBUs）构成的、具有规则孔道结构的有机-无机杂化的多孔纳米材料^[2]。这类新兴多孔材料一般由有机配位体和金属中心两部分组成，根据其组分单元以及合成方面的区别能够将它分成四大类：（1）等网状金属有机骨架材料；（2）沸石咪唑酯骨架材料；（3）莱瓦希尔骨架材料；（4）孔通道骨架材料。它们之间可以相互转换，改变其中某一个元素，或是其中某一个结构，就能实现彼此间的相互转化。许多新型的MOFs材料利用绝大多数的过渡金属元素（特别是四价的金属）和有机配体相结合的方法，得以合成出来。MOFs材料和其他无机多孔材料相比较，它有着比较高的孔隙率，很大的比表面积，并且它的结构可以调控，因为这些优点，它成为了现今新材料领域的一个新研究热点，属于研究的前沿。目前它被广泛的应用在化学化工领域，如气体贮存、分子分离、光催化^[3]和热催化、药物缓释和运载、酶的固定^[4]等方面。

1.2沸石咪唑酯骨架结构材料（ZIFs）

沸石咪唑酯骨结构材料（ZIFs）作为MOFs材料中的一大类，不仅仅展现出了 MOFs 材料多样化潜能的优点，而且弥补了MOFs结构不稳定等自身的缺陷。它在化学稳定性（耐高温耐碱和溶解溶剂等）和热稳定性（高达550 ℃）等方面有了较大的性能提升。

2006年Yaghi课题组^[5]在尤效曾和田运齐课题组研究基础上，合成并命名了沸石咪唑酯骨架材料，简称ZIFs（如图1-1）。一般是由过渡金属中Zn或Co离子与咪唑基有机配体中N原子通过桥联作用，形成4-、6-、8-及12-环状结构的ZIFs材料。它有着比传统沸石材料更长的化学键长度，因而形成更大的空腔结构。并进一步在2008年用混配方式，和同一种金属合成新拓扑结构的ZIFs^[6]，极大丰富了其种类。随后Sankar等人^[7]使用混合链接配合成方法合成了新的混合配体ZIFs。合成的ZIFs 材料不仅展现出了无机沸石的高稳定性，还可通过调节有机配体与金属离子组成来控制其功能和结构，通过对金属离子和有机配体上官能团的改变，能对ZIFs的孔径和表面电子云密度进行调控，从而使得某种特定客体分子能够选择性通过，以达到分离或分子探针效果。

伴随着技术的日益成熟，一系列新型的ZIF纳米材料被合成出来，截至目前为止，合成有ANA、GME及RHO 等新的拓扑结构。经过探究，科学家们发现N₂、O₂、H₂等能够与ZIFs相互作用产生“gate-opening”现象^[8]，再加上合成方法简单，化学稳定性和热稳定性较高，经济实惠等优点，ZIFs成为最广泛应用的金属－有机骨架材料之一。

1.3 ZIF-8材料的概述

图1-1不同种类的ZIFs材料

请支付后下载全文，论文总字数：19004字