电化学法制备金属纳米粒子/金属有机骨架复合膜及其电催化性质研究

The development of metal organic frameworks (MOFs) with efficient catalytic property is one of the most attractive field in porous mateials., because of their uniform pore structure, unsaturated metal center, the organic ligands with catalytic property and catalysts incorporated into MOF skeleton. With increasingly serious environment pollution and the awareness of environmental protection, electrocatalysis as a clean catalytic process has attracted considered attention. In this project, based on the previous reserch of continuous MOF membranes with large area,the metal nanoparticles will be loaded in MOF membranes by electrodeposition to obtain M-NPs/MOFs composite membrane materials. The three-electrode system will be constructed by using the synthesized M-NPs/MOFs composite membrane as working electrode, a platinum wire as auxiliary electrode, and a saturated calomel electrode as reference electrode. The electrocatalytic behaviors of typical molecules (such as nitrite ion, bromate, dopamine, ascorbic acid glucose, etc.) will be investigated on M-NPs/MOFs composite membranes, and NPs/MOFs membraneswill also be explored for the application on environmental monitoring.

目前，金属有机骨架材料（MOFs）的催化性质研究是当前多孔材料领域热点之一，其原因在于MOFs材料具有均一规则孔道、不饱和金属中心、含催化活性的有机配体及孔道内可负载具有催化活性材料等。随着环境污染问题的日益严重以及人们环境保护意识的逐年增强，电催化作为一种洁净的催化过程越来越受到重视。本项目拟在前期以导电载体为支撑而制备的大面积、连续的MOF膜基础上,将金属纳米粒子（M-NPs）电沉积到MOF膜中获得M-NPs/MOF复合膜。以该复合膜材料为工作电极，铂丝为辅助电极、饱和甘汞电极为参比电极，构建三电极系统。考察复合膜电极对几种典型生物检测目标分子（如，NO2-、BrO3-、多巴胺、抗坏血酸、葡萄糖等，）的电催化行为，并探讨其在环境监测中的应用前景。

金属有机骨架材料（MOFs）的催化性质研究是当前多孔材料领域热点之一，其原因在于MOFs材料具有均一规则孔道、不饱和金属中心、含催化活性的有机配体及孔道内可负载具有催化活性材料等。本项目主要内容：离子热条件一步法制备了高质量、质子传导型的金属有机骨架材料NH2-MIL-53（Al）的纳米晶，这是为数不多的高温低湿度型质子传导材料之一；利用电化学方法成功制备了纳米金属簇（Au、Pd和Pt）/金属有机骨架（ZIF-8）复合催化材料，该催化材料在CO催化氧化反应中表现出优异的热稳定性、抗失活性；利用电化学方法在铜片载体上制备了具有电化学活性的金属有机骨架薄膜材料(NENU-3)，研究了该膜对溴酸根的电催化性能，溴酸根在NENU-3膜电极上的电还原是典型的受扩散控制的不可逆过程，该膜电极具有相对高效的面积、高的溴酸根吸附亲和力和结构中不饱和的活性位点优势，NENU-3膜传感器可以在浓度0.05~72.74 mM范围内对溴酸根进行精确的检测，其检出限为12 µM，证明了利用电化学的方法在导电基底上制备金属有机框架薄膜，并利用其对溴酸根进行检测是可信和有效的；利用原位生长法制备了一种新颖的ZIF-8/Ni复合膜，研究了ZIF-Ni复合膜电极对肼的电催化性能，通过扫描电子显微镜和EDS可以观察到ZIF-8晶体均匀地分布在多孔镍膜上，SEM、XRD、EDS和FT-IR等证实复合膜的纳米结构。复合膜的协同作用提高了肼的电催化氧化效果，这可能归因于ZIF-8纳米晶均匀沉积引起的表面积增加，以及多孔镍膜优越的导电性和电极相对较大的有效活性面积(13.3 cm2)。ZIF-Ni复合膜对肼的电催化氧化表现出较高的灵敏度(805.5 µA mM-1)、很低的检出限(0.021 μM)、很宽的线性范围(2.5 μM ~28 mM)和很强的抗干扰性能,为设计检测肼的电化学传感器提供新的平台和机会。