核壳结构金属有机框架材料的设计合成开题报告

1. 研究目的与意义

1.1 研究背景 传统处理水污染主要通过吸附、聚沉和膜分离等手段，但各自都存在相应的弊端,不仅存在高能耗的问题,有些甚至还会产生二次污染物。目前，光催化降解是一种有效的解决手段[1]。最近20年里，mofs由于其自身特殊的性质，如具有的高孔结构使其不仅具有超高比表面积同时也保证了每个催化活性中心的可接触性、多相催化的性质使其方便回收分离并能多次循环使用，因而在光催化降解方面引起了科学家们的广泛兴趣[2]。 金属有机框架（mofs）是由金属离子与有机配体通过配位作用自组装形成的一类有周期性多维网络结构的多孔晶态材料。根据不同的核组成，将mofs 为壳的核壳结构材料主要分为：单质金属/非金属@mofs、氧化物@mofs 和mofs@mofs[3]。 至今，只有少数的金属氧化物@mofs 核壳材料被报道。fe3o4由于其磁性能较早的被用作核。ke 等[4]首次以可控方式用水热法合成了fe3o4纳米球，再通过简便可控的层层自组装的方法合成fe3o4@cu3(btc)2、巯基改性的fe3o4@cu3(btc)2、fe3o4@mil-100(fe)磁性核壳材料。他们发现微球尺寸随着包覆层数增多（20～50）而变大（0.75～1.6 μm）；随温度升高（25～70 ℃）而变大（1.0～2.0 μm）。此外，这两个微球保持较高的饱和磁化强度，可利用外磁场进行磁分离，加以循环回收利用。而zhang 等[5]还将合成的fe3o4@mil-100(fe)用于亚甲基蓝的脱色。zhang 等[6]合成了fe3o4@hkust-1 微球。由于fe3o4较好的磁性能，在300 k下，fe3o4@hkust-1的比饱和磁化强度很高。同时，由于hkust-1比表面积较大，从而在照射和h2o2下，微球对亚甲蓝（mb）表现出较好的光催化性能，比煅烧fe3o4@hkust-1后得到的fe3o4@c/cu的催化性能强。 yuan 和 qiu 等[7]用一种水稳定的mofs：mil-53，来进行光降解染料。mil-53 的三种不同的中心原子分别为al，cr和fe。这三种mofs 的结构拓扑完全一样但是不同的中心原子所导致的对光的吸收却不一样，因而降解效率也有细微的差别。以 mil-53(fe)为例：fe(iii)离子有空的3d轨道，可以在光照条件下激发电子形成电子-空穴对，因此mil-53(fe)可以在紫外-可见或者可见光的条件下降解亚甲基蓝(mb)。但是研究发现光降解速率不是太高，原因可能是光照产生的电子-空穴对再次复合，从而降低了降解效率。因此可以考虑添加一些其它的无机氧化剂，如h2o2，kbro3或(nh4)2s2o8作为电子接受体来结合电子，抑制电子-空穴对的复合，促进光催化降解效率。五轮循环测试后表明活性基本保持不变，粉末衍射和xps也证明了催化后mil-53(fe)的结构和化学状态保持不变。

mil-101在水和空气中具有良好的稳定性克服了其他许多mofs材料水热稳定性差的缺点，因而在异相催化中显示突出的优势，受到研究者们的广泛关注。制备mil-101的方法目前主要有水热合成法、微波辅助水热法、模板导向水热合成法、干胶转化法。适合在实验室中操作的主要是水热合成法，而采用水热动态晶化法相比静态结晶法得到的mil-101的晶粒尺寸小，产率也更高[8]。1.2 研究目的与意义 随着各类产业的迅猛发展，水污染问题日趋严峻，甚至已经威胁到人们的身心健康。找到绿色环保、节能高效的水处理方法可谓迫在眉睫。核壳结构金属有机框架材料（mofs）具有制备方法简单、操作条件容易控制、无二次污染、节能高效、设备少等优点，因而有一定的工业化应用前景。本课题拟合成羧基修饰的磁性fe3o4纳米粒子，并用简单芳香羧酸配体共同与金属（cu2 , fe3 ）配位以得到核壳结构多孔金属有机框架材料。对制得的复合材料进行表征，研究此类核壳结构复合材料的应用价值，比如对环境污染物（例如：重金属汞、铅，染料亚甲基蓝、甲基橙等）去除能力。

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容

1、拟合成mof复合材料。

2、研究mof复合材料的最佳合成配方并对制得的材料进行结构和性能的表征。

3. 研究的方法与步骤

1、制备fe₃o₄、maa修饰后的fe₃o₄。

2、用简单芳香羧酸配体共同与金属（cu² 、fe³ ）配位和制得的maa修饰后的fe₃o₄制备以fe₃o₄为核心的核壳材料。

3、利用透射电镜和傅里叶变换红外光谱对所合成材料的结构和组成进行表征。

4. 参考文献

[1]邬淑琴. 污水处理中的光催化技术[j]. 广东化工，2010， 37(4)：157-160.

[2] 黄刚，陈玉贞，江海龙. 金属有机骨架材料在催化中的应用[j]. 化学学报，2016，74(2)：113-129.

[3]农洁静，赵文波，覃显业，等. 金属有机骨架(mofs)为壳的核壳结构材料研究进展[j]. 化工进展，2015，34(3)：774-783.

5. 计划与进度安排