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关于纳米材料论文范文资料 与具有核壳结构金属有机框架纳米材料进展有关论文参考文献

版权:原创标记原创 主题:纳米材料范文 科目:本科论文 2024-01-23

《具有核壳结构金属有机框架纳米材料进展》:本论文为您写纳米材料毕业论文范文和职称论文提供相关论文参考文献,可免费下载。

摘 要:多组分无机纳米粒子(NPs)和金属有机框架(MOFs)的可控一体化,正在引领着多种新型多功能材料的形成.具有核壳结构的金属有机框架纳米粒子(NP@MOF),综合了多组分无机纳米粒子和金属有机框架(MOFs)协同性质,NP@MOF材料的突出优点是:它的组成具有无限选择性、壳上孔径具有可调性、核壳具有多功能性,这种突出的独特功能使得人们争相洞察其未来发展.主要综述了具有核壳结构的多组分金属有机框架纳米粒子的制备方法和研究进展,最后介绍了其在多相催化、气体存储等方面的应用.

关键词:金属有机框架; 纳米材料; 制备; 应用

中图分类号: O 611.3 文献标志码: A 文章编号: 10005137(2015)02020908

0 引 言

具有核壳结构的配合物纳米结构,是由多组分无机纳米粒子(NPs)和金属有机框架(MOFs)可控一体化而得到的纳米材料.这种将两种或多种功能性物质可控合成为前沿材料,而得到的具有复合性质和改善性能的复合材料极大的引起了科研工作者的关注.例如,核壳或类核壳的NP@MOF纳米结构,被科研工作者认为是获得无机纳米粒子(NPs)和金属有机框架(MOFs)协同性质,并进行多功能应用的最方便和高效的方法之一.一方面,小粒径无机纳米粒子具有高表面能,它的迁移和团聚会被MOF壳的包裹极大的限制,从而NP核的稳定性和化学活性得以保存[1].另一方面,NP核(独特的光、电、磁和催化性能)和MOF壳(结构弹性大、结晶孔有序、配位点多)的优点能被有效的结合,因此,单一组分材料不可能有的新物理、化学性质可由此获得[2].由于NP@MOF核壳纳米结构性质多样,结构独特,可以应用在气体储存和释放[3-6]、催化[6-11]、生物传感[12-13]、药物传输[14]、生物成像[15]、光学[16-18]等方面.

具有潜在应用的二或多组分NP@MOF核壳纳米材料的设计和组建,主要集中在双金属纳米核的选择和制备方面[19,24,27,29],目前仍然处于起步阶段,只有少数研究成果报道出来.具有不同功能的纳米粒子,在纳米尺度内有着显著地强耦合效应,从而产生了不仅能提高内在性能而且在单组份NP核体系中没有的新功能.因此,对这种应用复合纳米粒子做NP@MOF纳米结构的核的纳米材料,将是一个重要的研究课题.同样,金属/金属氧化物@MOF核壳纳米结构也受到关注[10,20,28].

很明显,多组分无机纳米粒子(NPs)和金属有机框架(MOFs)的选择类型,决定了核壳纳米结构的性能及应用.本文作者主要综述了具有核壳结构的配合物纳米材料(NP@MOF)的合成工艺和进展,并介绍了这类材料在多相催化、气体存储方面的应用.

1 多组分NP@MOF材料的合成方法

任何复杂多组分材料的设计和构建,都要从最简单的材料开始.对NP@MOF核壳纳米结构来说,当前大多数都是基于单组分无机纳米粒子核,金属纳米粒子(NPs)[6-7]、金属氧化物纳米粒子(NPs)和纳米棒(NRs)等.从单组分纳米粒子核到二或多组分纳米粒子核的纳米结构的扩展合成,对前沿应用是非常耐人寻味的.一般来说,材料都是通过以下两大类方法合成:(1)NPs预先合成法:将预先合成的、稳定剂修饰过的纳米粒子(NPs)封装在MOFs层中[7-8,12,21-22];(2)MOFs模板法:以MOFs为模板,在其腔和通道中形成或嵌入小的裸露的纳米粒子(NPs)[3,6,7,23].其中,每一大类方法中有发展了很多不同的分支方法,下面就对这两大类方法进行阐述.

1.1 NPs预先合成法

将预先合成的、稳定剂修饰过的纳米粒子(NPs)封装在MOFs层中,得到多组分纳米粒子核的纳米结构.对这种方法的一个最大的挑战就是,怎样有效地阻止两种或多种纳米粒子的不可控聚集,从而使它们有序的分散在MOF中,同时也保留它们原有的性质.所以要先预先合成纳米粒子,然后用合适的表面活性剂、包覆剂甚至是离子进行表面修饰.修饰后的纳米粒子的流体动力学半径比MOFs材料更大,在制备过程中,这些修饰过的纳米粒子不会占据MOFs材料的孔道,而是被不断生长的MOFs材料包围,最后镶嵌在MOFs材料中.

1.1.1 简单混合法

在核为多种纳米粒子方面,Huo等人在室温下使用简单混合法,将分散性良好、容易合成并快速形成的ZIF8可控的封装了两种经聚乙烯吡咯烷酮(PVP)修饰过的纳米粒子,通过控制封装过程,控制复合材料中纳米粒子的空间分布(图1)[24],得到了纳米粒子在MOFs材料分散性好、空间分布可控的复合材料.同时他们指出,经聚乙烯吡咯烷酮(PVP)修饰过的纳米粒子和配位聚合物的作用,会被自由PVP对配位聚合物的吸附抑制.并且,在用ZIF8封装后,纳米粒子的物理性质仍然保持良好.

1.1.2 分步装配法

在核为金属/金属氧化物材料方面,Ke等人在25℃条件下将巯基乙酸(MAA)官能化的Fe3O4纳米粒子轮流分散在醋酸铜(Cu(OAc)2)和1,3,5三羧酸苯(H3btc)的乙醇溶液中,通过一步步的装配,成功制备出Fe3O4@[Cu3(btc)2]核壳型磁性纳米微球(图2)[25].并指出通过选择不同金属离子和有机功能配体,调整封装过程,可以很容易地修改这些微球的组成和功能.由于MOFs壳的选择性和纳米粒子的磁响应的结合,磁性NP@MOF核壳纳米结构在催化、色谱分离和作为药物载体等方面具有很大的潜在应用.

1.2 MOFs模板法

以MOFs为模板,在其腔和通道中形成或嵌入小的裸露的纳米粒子(NPs),得到多组分纳米粒子核的纳米结构.

1.2.1 微波辐射法

微波辐射法就是将MOFs和金属前驱体的混合物进行微波辐射,以得到多组分纳米粒子核的纳米结构.但到目前为止,关于微波辐射法的报导很少.ElShall等人通过使用微波辐照加热的方法,在还原剂的存在条件下,同时实现了金属有机框架MIL101孔的活化和金属前体M(NO3)2(M等于Pd,Cu)的快速化学还原,在MIL101晶体孔内形成了2~3 nm的小粒径Pd、Cu和PdCu纳米粒子,而在MIL101晶体表面形成了4~6 nm的稍大粒径的纳米颗粒[26](图3).

纳米材料论文参考资料:

论文材料

机械工程材料期刊

功能材料期刊

建筑材料论文

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高分子材料论文

结论:具有核壳结构金属有机框架纳米材料进展为适合不知如何写纳米材料方面的相关专业大学硕士和本科毕业论文以及关于真空纳米镀膜是真是*开题报告范文和相关职称论文写作参考文献资料下载。

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