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摘 要

ZIFs，即沸石基咪唑酯骨架结构材料，是具有多孔结构以及开放式超分子配位结构的一类新型材料，它是金属-有机骨架系列材料（MOFs）的一个子类，由咪唑或咪唑衍生物与Zn、Co等过渡金属原子连接而成、具有沸石拓扑结构的纳米多孔晶体材料，它具有高稳定性以及更优良的水热稳定性等特性，因此广泛应用于高效催化和分离等领域。本论文综述了ZIF-8的概况、制备方法以及应用等。本课题采用绿色环保的电化学合成方法以阳极氧化反应产生的锌离子作为锌源，与电解质溶液中的2-甲基咪唑配合，制备ZIF-8材料。分别从反应时间、施加电压、配体浓度等方面着手研究影响ZIF-8产率的因素。结果表明，随着反应时间增长、施加电压增大会导致产率增高，而增大配体2-甲基咪唑的浓度时，会导致产率降低。在实验结束之后，采用红外及XRD等手段对产物结构进行表征，证明了产物为ZIF-8材料。将产物烘干，取少量研磨，与少量甲醇混合为浆状物，均匀的涂抹在洁净的叉指电极上，制成湿度传感器的电子元件。将其与电化学工作站相连，通过测试该电子元件的湿度传感特性发现：它具有较好的湿滞特性，较短的响应时间以及较好的重复性，是一个良好的湿度传感器。

关键词：金属-有机骨架 ZIF-8 电化学合成 湿度传感器

Electrochemical synthesis and gas sensing of metal organic framework ZIF-8

Abstract

ZIFs, which are zeolite-based imidazolate framework materials, are a new class of materials with porous and open supramolecular coordination structures，and are a subclass of metal-organic framework materials (MOFs).It is a nanoporous crystalline material with topological structure of zeolite, which is produced by connecting imidazole or imidazole derivatives with transition metal atoms such as Zn and Co.ZIFs have the characteristics of high stability and excellent hydrothermal stability, so they are widely used in the fields of high-efficiency catalysis and separation.This paper reviews the overview, preparation methods and applications of ZIF-8.This subject uses a green and environmentally friendly electrochemical synthesis method to prepare ZIF-8 materials, and studies the factors that affect the yield of ZIF-8 from the aspects of reaction time, applied voltage, and ligand concentration.The results showed that the yield increased with the increase of reaction time and applied voltage, while the yield decreased with the increase of the concentration of 2-methylimidazole.At the same time, after the end of the experiment, we used infrared and XRD to characterize the product structure, which proved that the product was ZIF-8 material.Dry the product, take a small amount of grinding, mix with a small amount of methanol to form a slurry, evenly smear it on the clean interdigital electrode, and make the electronic components of the humidity sensor.Connect it to the electrochemical workstation,By testing the humidity sensing characteristics of the electronic component, it is found that it has good humidity hysteresis characteristics, short response time and good repeatability.It is a good humidity sensor.

Key words：Metal organic framework;ZIF-8; electrochemical synthesis;humidity senso

目 录

摘要…………………………………………………………………………………I

ABSTRACT………………………………………………………………………II

第一章 文献综述…………………………………………………………………1

1.1 ZIF-8的概述 ………………………………………………………………1

1.2 ZIF-8的制备 2

1.2.1 ZIF-8的常规制备方法 2

1.2.2 ZIF-8的其他制备方法 3

1.3 ZIF-8的应用 5

1.4 湿度传感器 8

1.5 湿度传感器的创新与应用 9

1.6 本课题研究的意义与内容 10

1.6.1 研究意义 10

1.6.2 研究内容 10

第二章 实验部分 11

2.1试剂与仪器 11

2.2 ZIF-8的电化学合成 11

2.2.1电极预处理 11

2.2.2 ZIF-8的合成 11

2.3 影响ZIF-8合成的因素 12

2.3.1 反应时间 12

2.3.2 施加电压 12

2.3.3 配体浓度 12

2.4 仪器测量方法 13

第三章 结果与讨论 14

3.1反应条件对ZIF-8产率的影响 14

3.1.1反应时间 14

3.1.2施加电压 14

3.1.3配体浓度 15

3.2 红外表征 17

3.2.1 ZIF-8的红外表征 17

3.2.2 ZIF-8的XRD表征 17

3.2.3 ZIF-8传感膜的湿敏特性研究 18

3.2.4 ZIF-8传感膜的湿滞特性研究 18

3.2.5 ZIF-8传感膜的响应时间 19

第四章 结论与展望 21

4.1结论 21

4.2展望 21

参考文献 22

致 谢 25

第一章 文献综述

1.1 ZIF-8的概述

金属-有机骨架系列材料(MOFs)是一种由过渡金属元素离子（例如Zn² 、Co² 等）与有机配体通过配位键而形成的具有分子内孔隙的有机-无机杂化材料，近年来迅速发展起来。MOFs材料具有高孔隙度、大比表面积、孔道规则等优点，在吸附、 分离、催化和储能等方面均表现出了广阔的应用前景。目前，金属-有机骨架系列材料已成为无机化学、分析化学等学科领域的重点研究方向。

沸石基咪唑酯骨架结构材料（ZIFs），是金属-有机骨架系列材料（MOFs）的一个子类，它由咪唑或咪唑的衍生物与锌、钴等过渡金属原子连接生成的纳米多孔晶体材料。ZIFs系列材料由于具有上述各种优点，以及其自身所具有的独特的高稳定性、优良的水热稳定性等，被广泛应用于高效催化及分离等各个领域。ZIF-8 材料是近年来研究最为深入、最具有代表性的一种ZIFs结构材料。^[1]研究早期，2-甲基咪唑锌盐首先被陈小明课题组合成并命名其为 MAF-4；后来， Yaghi 课题组经过对2-甲基咪唑锌盐的性质、结构等各方面的进一步深入研究，正式将其命名为 ZIF-8。^[2]

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