ZIF-8改性ZnO光阳极材料的制备与性能研究开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

金属有机骨架(mofs)是一类具有明确多孔结构的晶体无机有机杂化材料。与传统的无机多孔材料相比,mofs具有更大的孔隙率和比表面积,特别是其孔径和表面功能可以通过选择不同的金属离子和有机架桥配体进行调节[1]。因此,mofs在传感器[2]、催化[3]、气体分离[4]、和存储[5]等方面的潜在应用受到了广泛的关注,其中由于孔径的限制作用,mofs表现出较强的分子尺寸选择能力。

与纯mofs相比,将mofs与其他功能材料相结合的异质结构具有协同效应,具有很大的优势。例如,嵌入式mof异质结构,准备通过嵌入一些金属(如au,pd等)和半导体(例如,zno和gan)纳米颗粒进入mofs催化,已经证明在异催化表现出激动人心的催化能力,也有巨大的变化在发光和吸附反应特性[6-7]。相比之下,以功能材料为核、以mofs为壳的mof核-壳异质结构的研究至今尚未见报道。事实上,mof核壳异质结构的潜在多功能同样具有吸引力,因为我们可以合理地利用mofs壳的分子尺寸选择能力的组合并应用我们选择的核心功能材料。例如,许多金属氧化物(如氧化锌)是具有半导体性质的非常重要的功能材料,特别是在光电化学方面的应用。可以预见,这种半导体mofs异质结构将在光电电化学(pec)传感器中具有潜在的应用前景,对不同大小的分子具有较高的选择性响应[8-10]

在mof核-壳异质结构的合成中,存在着两大挑战:(1)如何将mofs的生长限制在核表面;(2)如何控制这种核壳异质结构的形状。该模板法被认为是制造mof核壳异质结构的一种非常有效的方法,通过该模板可以直接控制异质结构的尺寸和形貌。例如,以fe3o4球和si纳米线为模板,采用通用的分步策略,成功地获得了零维fe3o4@mof(如[cu3(btc)2]和mil-100(fe))微球和一维si@mof-199纳米线。然而,目前的模板方法通常需要对模板表面进行特定官能团的修饰,以限制mofs在模板表面的生长,但即使如此,也不能阻止mofs在溶液中的直接成核和生长。相比之下,基于金属氧化物纳米结构的自模板合成策略可能是一个可行的解决方案[11],因为金属氧化物模板可以通过牺牲自身来提供金属离子,从而在不进行任何表面修饰的情况下引发mofs的生长[17]。我们知道,氧化锌在金属氧化物中具有最丰富的纳米级形貌(如纳米棒、纳米柱、纳米四足动物、纳米颗粒、纳米梳子和纳米锥体)[18]。同样地,zn2 -mofs可能在晶体学中表现出最大的多样性[19]。在这方面,zno被认为是最合适的模型系统来探索半导体@ mofs异质结构的制备和潜在的应用[20]

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备:首先利用浸渍-提拉法在fto导电玻璃基板上制备zno晶种层,然后利用水热法在zno晶种层上生长zno纳米棒薄膜,最后采用溶剂热法在zno纳米棒薄膜上生长zif-8薄膜。


材料表征:分别对所生长的zno和zno/zif-8纳米阵列进行xrd、sem表征,分析其形貌特征;测试uv-vis谱和pl光谱,得到其光学性能分析。

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第4-8周:按照设计方案,制备zno晶种层,在其基础上生长未掺杂的zno纳米棒阵列,采用xrd、sem等手段对所生长的zno纳米棒阵列进行表征。采用紫外可见光谱对未掺杂的zno纳米棒阵列的光性能进行测。

第9-12周:按照设计方案,生长la掺杂的zno纳米棒阵列,采用xrd、sem和xps等手段对所生长的zno纳米棒阵列进行表征,并推断其形成机理;采用紫外可见光谱对la掺杂的zno纳米棒阵列的光性能进行测试,并与未掺杂的zno纳米棒阵列进行对比分析其光学性质;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] jiang h l , xu q . porousmetal–organic frameworks as platforms for functional applications[j]. chemicalcommunications, 2011, 47(12):3351.

[2] forster p m , cheetham a k .the role of reaction conditions and ligand flexibility in metal-organic hybridmaterials––examples from metal diglycolates and iminodiacetates[j].microporous amp; mesoporous materials, 2004, 73(1-2):57-64.

[3] jiang j , zhao y , yaghi o m. covalent chemistry beyond molecules[j]. journal of the american chemicalsociety, 2016, 138(10):3255-3265.

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