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摘 要

金属有机骨架材料（MOF）是由金属粒子与有机配体通过键与键之间的连接组装而成的立体空间网状结构，而MOF材料中的有一类材料可以作为MOF材料的代表，即沸石咪唑酯骨架材料（ZIFs），其中一种被命名为ZIF-8的材料具有诸多优良特性，如：超大的比表面积、孔隙率高、丰富且均匀分布的孔结构、极好的稳定性，正是由于这些特性，目前ZIF-8这种材料正在被广泛研究。

论文研究了不同搅拌速度、搅拌时间和静置时间下制备的ZIF-8的效果，探索相对最优条件。在制备得到目标形貌ZIF-8单体条件下对MNPs（金属纳米TiO₂）进行封装，试验不同的表面活性剂（PVP、MC、CMC）对封装效果的影响，并对合成出来的样品利用XRD、FTIR、SEM、TEM、BET等表征手段进行材料形貌分析。

结果表明：搅拌速度为600 rpm，搅拌时间为1 h，静置时间为24 h是合成目标粒径形貌ZIF-8的相对最优条件；表面活性剂的添加有利于ZIF-8成功封装纳米TiO₂并有效防止纳米金属颗粒团聚；然而过多的表面活性剂则会对ZIF-8成核产生负面影响，影响材料形貌结构。

关键词：金属有机框架 ZIF-8 TiO₂ 表面修饰

Effect of surface modification on MOFs encapsulation MNPs

Abstract

Metal Organic Framework Material (MOF) is a three-dimensional spatial network structure composed of metal particles and organic ligands through bonds and bonds. Among the MOF materials, one kind of material can be used as the representative of MOF materials, namely zeolite imidazole ester skeleton material (ZIFs). One of the materials named ZIF-8 has many excellent properties. ZIF-8 has many excellent characteristics, such as super-large specific surface area, high porosity, rich and uniformly distributed pore structure, and excellent stability. Because of these characteristics, ZIF-8 was now widely studied.

In this paper, the effect of ZIF-8 prepared at different stirring speed, stirring time and static time was studied, and the relative optimum conditions were explored.MNPs (metal nano-titanium dioxide) were encapsulated under the condition of preparing ZIF-8 monomer with target morphology. The effects of different surfactants (PVP, MC, CMC) on the encapsulation were tested.The synthesized samples were characterized by XRD, FTIR, SEM, TEM and BET.

The results show that the optimum conditions for synthesizing ZIF-8 were stirring speed of 600 rpm, stirring time of 1 h and standing time of 24 h. The addition of surfactants was conducive to ZIF-8 successfully encapsulating nano-titanium dioxide and effectively preventing the agglomeration of nano-metal particles; however, excessive surfactants would have a negative impact on the nucleation of ZIF-8 and affect the morphology and structure of materials.

Key words: Metal Organic Framework; ZIF-8; TiO₂; Surface modification

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1. 金属-有机骨架材料 1

1.1.1类沸石咪唑酯骨架材料 1

1.2. MOF及其复合材料的合成方法 2

1.3. MOFs及其复合材料的应用 3

1.4. MOFs材料封装MNPs 4

1.5. 表面修饰 5

第二章 实验部分 7

2.1. 实验试剂与仪器 7

2.2. ZIF-8的制备 8

2.3. ZIF-8封装TiO₂的样品制备 9

2.4. 实验表征仪器及方法 9

第三章 实验结果与讨论 11

3.1. XRD表征分析 11

3.2. FTIR表征分析 14

3.3. TEM表征分析 16

3.4. SEM表征分析 19

3.5. BET表征分析 20

第四章 结论与展望 22

参考文献 23

致谢 25

文献综述

金属-有机骨架材料

工业化节奏的加快，带来的不仅是利益，同时也给自然环境带来了严重的污染，人们迫切地希望寻求到更多的新型材料，能够取代目前会对自然造成破坏的落后材料，达到节能减耗且对环境无害的效果。其中纳米结构的材料在很多方面都表现出了比其他常规材料更优秀的性能，ZIF-8作为代表性的MOF材料，因其自身的多种特性正在成为越来越多研究者的研究对象。

金属有机骨架材料，英文简称MOF，又被称作多孔配位聚合物，MOF材料与沸石的孔结构很相似，且MOF材料的骨架具有一定的柔韧性，也可被称作“软沸石”^[1]。MOF材料是一种新型无机-有机杂化多孔材料，有机配体主要由芳香酸类或含有N、O等碱性有机物，金属离子与有机配体通过配位键自组装而成的立体网络结构^[2]。

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