ZnO@ZIFs納米材料的合成及其光電性質(zhì)的研究.pdf

1、金屬有機框架(metal-organic frameworks，MOFs)材料是基于金屬陽離子(如Zn2+)和電子給予體（如羧酸鹽和胺）之間經(jīng)典的配位鍵結(jié)合而成的晶體材料。這兩組分通常在溶液中通過自組裝合成具有剛性孔道結(jié)構(gòu)的MOFs，該孔道結(jié)構(gòu)不會因為溶劑分子或者其它客體分子的移除而塌陷。無機與有機部分的存在使得MOFs的孔徑大小和化學(xué)環(huán)境可以通過特定的調(diào)整而得到。與單純的MOFs材料相比，MOFs與其它功能材料相結(jié)合而成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)則會

2、因為兩者的協(xié)同作用而表現(xiàn)出更多的優(yōu)勢。ZnO作為一種半導(dǎo)體功能材料，在光電化學(xué)上具有很好的應(yīng)用，ZnO半導(dǎo)體和MOFs組成的核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)在光電傳感器上具有很大的應(yīng)用前景，它對不同尺寸的分子將表現(xiàn)出不同的光電響應(yīng)。
　　在這里，我們提出了一種自模板的方法以制備一系列ZnO@MOF核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)。在合成中，ZnO納米棒及其陣列不僅充當(dāng)了模板，又為Zn-MOF的形成提供了Zn2+。在此基礎(chǔ)上，我們還對ZnO@MOF核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)進行了系統(tǒng)的

3、光電響應(yīng)探究。主要的研究結(jié)果如下:
　　(1)利用ZnO為基礎(chǔ)的自模板方法，在H2O和N，N-二甲基甲酰胺的溶劑中合成出了四種ZnO@MOF核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)，分別為ZnO@Zn(Im)2、ZnO@Zn(EIm)2、ZnO@ZIF-7、ZnO@ZIF-71，該四種MOF結(jié)構(gòu)具有不同的孔徑大小。除此之外，我們還詳細研究了溶劑比例和反應(yīng)溫度對ZnO@MOF核殼結(jié)構(gòu)形貌的影響。
　　(2)通過時間反應(yīng)，對四種核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)ZnO@Zn(I

4、m)2、ZnO@Zn(EIm)2、ZnO@ZIF-7、ZnO@ZIF-71的生長進行了觀察，發(fā)現(xiàn)它們有兩種不同的生長機理。這取決于它們各自的殼層孔道與對應(yīng)配體的尺寸大小關(guān)系。ZnO@Zn(Im)2和ZnO@ZIF-7在生長過程中表現(xiàn)為配體分子可以自由進出殼層孔道，呈現(xiàn)ZnO核逐漸變細，MOF殼逐漸增厚的過程。與ZnO@Zn(Im)2不同的是，ZnO@ZIF-7生長中配體在殼層的自由出入源于ZIF-7的“開門效應(yīng)”或者說是“呼吸作用”的存

5、在。ZnO@Zn(EIm)2和ZnO@ZIF-71的配體很難自由進出孔道，當(dāng)MOF完全覆蓋ZnO核之后，MOF殼和ZnO核的厚度均無明顯變化。
　　(3)選用甲醇、異丙醇、叔丁醇和苯甲醇為捕獲劑系統(tǒng)的研究了ZnO@Zn(EIm)2、ZnO@ZIF-7、ZnO@ZIF-71的光電化學(xué)性質(zhì)。ZnO@Zn(EIm)2和ZnO@ZIF-71與我們預(yù)期相符，對四種捕獲劑都表現(xiàn)出與孔道大小相對應(yīng)的選擇性光電響應(yīng)，而ZnO@ZIF-7卻異常的表