金属有机骨架化合物的合成、表征及其荧光传感性能研究

论文摘要

金属有机骨架化合物是一类通过金属离子/团簇和有机配体自组装而形成的骨架材料。MOFs具备结构稳定、比表面积大、孔道多样性等特点,在储存气体、催化、分离、磁力、荧光传感等方面有广泛的潜在应用。ZIF-8具备常规的沸石结构,不仅表现出良好的储氢性质,其强荧光性也具有较高的研究价值。本文系统地研究了ZIF-8的合成、表征及荧光性能应用。本文从多方面展示了金属有机骨架化合物ZIF-8的荧光传感性能-作为荧光传感材料探测金属离子和溶剂小分子。实验采用溶剂热法合成ZIF-8,孔道内掺杂金属离子和溶剂分子没有对其骨架结构产生影响。实验结果表明：ZIF-8对金属离子Cu2+、Cd2+和有机溶剂-丙酮分子具有较强的敏感度。Cu2+使ZIF-8的荧光强度减弱,并且ZIF-8荧光强度的减弱程度与Cu2+浓度的增加程度成正比例关系；Cd2+使ZIF-8的荧光强度增强,并且ZIF-8荧光强度的增强程度与Cd2+浓度的增加程度成正比例关系。同时,丙酮使ZIF-8的荧光强度增强,并且ZIF-8荧光强度的增强与丙酮浓度的增加成正比例关系。XPS表征表明：ZIF-8/Cu2+样品,咪唑氮元素的XPS结合能增大,表明ZIF-8对金属离子的荧光传感性能可能是由于ZIF-8结构中的咪唑氮元素与金属离子发生了弱的相互作用。同时,本文研究了金属有机骨架化合物Cd（L）（bpy）·4H2O·2.5DMF（LMOF）和UMCM-1的荧光性质,通过XRD等分析手段进行表征,初步研究了其在金属离子和溶剂传感方面的应用前景。实验结果表明：孔道内浸入Cd2+使LMOF的荧光强度增强。同时,LMOF和UMCM-1对溶剂分子也有一定的荧光传感效应。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 金属有机骨架化合物
• 1.1.1 金属有机骨架化合物的合成
• 1.1.2 金属有机骨架化合物的分类
• 1.1.3 金属有机骨架化合物的应用
• 1.2 金属有机骨架化合物的荧光性质
• 1.2.1 荧光性质简介
• 1.2.2 稀土金属有机骨架化合物的荧光性质及天线效应
• 1.2.3 过渡金属有机骨架化合物的荧光性质
• 1.2.4 金属有机骨架化合物的荧光传感应用
• 1.3 沸石咪唑骨架化合物ZIFs
• 1.3.1 沸石咪唑骨架材料ZIFs简介
• 1.3.2 ZIF-8简介
• 1.4 选题的背景和意义
• 第二章 ZIF-8的制备及荧光传感性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂与仪器
• 2.3 合成与制备
• 2.3.1 ZIF-8的合成
• 2.3.2 ZIF-8a（脱溶剂ZIF-8）的制备
• 2.3.3 ZIF-8b（孔内掺杂金属离子、溶剂分子的ZIF-8）的制备
• 2.3.3.1 ZIF-8b-1（孔内掺杂金属离子的ZIF-8）的制备
• 2.3.3.2 ZIF-8b-1（孔内置入溶剂分子的ZIF-8）的制备
• 2.4 表征
• 2.4.1 热重分析（TG）
• 2.4.2 X射线衍射分析（XRD）
• 2.4.3 X-射线光电子能谱（XPS）
• 2吸附-脱附'>2.4.4 低温N₂吸附-脱附
• 2.4.5 荧光光谱分析
• 2.4.6 荧光寿命分析
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 热重分析（TG）
• 2吸附-脱附'>2.5.2 低温N₂吸附-脱附
• 2.5.3 X射线衍射分析（XRD）
• 2.5.4 ZIF-8固体荧光光谱分析
• 2.5.5 ZIF-8-金属离子荧光光谱分析
• 2.5.6 ZIF-8-溶剂分子荧光光谱分析
• 2.5.7 X-射线光电子能谱（XPS）
• 2.5.8 荧光寿命分析
• 2.6 本章小节
• 第三章 UMCU-1及LMOF的制备及荧光性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂与仪器
• 3.3 合成与制备
• 3.3.1 LMOF的制备
• 3.3.1.1 LMOF的合成
• 3.3.1.2 LMOFa（脱溶剂LMOF）的制备
• 3.3.1.3 LMOFb-1（孔内掺杂金属离子的LMOF）的制备
• 3.3.1.4 LMOFb-2（孔内掺杂溶剂的LMOF）的制备
• 3.3.2 UMCM-1的制备
• 3.3.2.1 UMCM-1的合成
• 3.3.2.2 UMCM-1a（脱溶剂UMCM-1）的制备
• 3.3.2.3 UMCM-1b（孔内掺杂溶剂的UMCM-1）的制备
• 3.4 表征手段
• 3.4.1 热重分析（TG）
• 3.4.2 X射线衍射分析（XRD）
• 3.4.3 荧光光谱分析
• 3.5 结果与讨论
• 3.5.1 LMOF荧光传感实验的结果与讨论
• 3.5.1.1 X射线粉末衍射分析
• 3.5.1.2 LMOF固体荧光光谱分析
• 3.5.1.3 LMOF-金属离子荧光光谱分析
• 3.5.1.4 LMOF-溶剂分子荧光光谱分析
• 3.5.2 UMCM-1荧光传感实验的结果与讨论
• 3.5.2.1 热重分析
• 3.5.2.2 X射线粉末衍射分析
• 3.5.2.3 UMCM-1固体荧光光谱分析
• 3.5.2.4 UMCM-1-溶剂分子荧光分析
• 3.6 本章小节
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者及导师简介