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MOFs/聚合物凝胶制备中空碳复合材料的过程及优势

时间:2021-01-13 13:51:04       浏览:32

中空结构碳材料作为一类具有三维结构的新型的功能材料,已被广泛应用于催化、储能、生物制药、环境保护、化学传感器等多领域。

金属-有机骨架材料(MOFs)是一类由金属团簇/离子与配体通过配位自组装形成的结构功能可调的新型晶态多孔材料,已广泛应用于催化、仿生、荧光、化学传感、气体吸附与分离等领域。

 

MOFs/聚合物凝胶衍生制备中空碳复合材料具体过程

(1) 合成含有金属离子的海藻酸钠聚合物微球;

(2) 通过界面原位自组装策略在聚合物微球表面生长致密连续的MOFs层

(3) 将干燥后的MOFs凝胶微球为模板,通过二茂铁化学气相沉积和热解相结合的方法制备具有磁性的核壳结构双金属@中空碳复合微球。

 

MOFs凝胶球干燥过程中,采用了冷冻置换方法来进一步调节中空碳材料内部的结构,实现了从“卷心菜”状的结构向“椰壳”状结构的转化。

 

 

将原位生长的MOFs/海藻酸钠水凝胶衍生制备成磁性核壳Fe3O4-CuO@中空碳复合微球。方法无需任何添加剂,步骤简单,环境友好,为大规模制备组成和结构可调控的MOFs衍生复合材料提供了可行路径。通过正己烷冷冻置换后处理策略设计开发了高稳定性的椰壳状超结构,实现了金属活性位点在无缺陷界面上的均匀分布,从而显著提高了复合材料的结构机械强度、磁性以及光催化活性。

 

在中性条件下,核壳结构Fe3O4-CuO@C催化剂表现出比以往报道的催化剂更高的活性(TOF达2.3 h-1),表明负载双金属氧化物与多孔碳层界面间的强相互作用可显著提高光生电子/空穴对的分离和传输效率。该策略将为MOFs衍生新型双金属中空碳复合催化剂的合理设计提供新的途径。

 

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