2-甲基咪唑类MOFs-碳纳米管复合材料的制备及电化学分析应用研究

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金属有机框架材料(metal-organic frameworks,MOFs)是一类新兴多孔材料,具有比表面积大、组成可控、结构易调等特性。目前,MOFs已在电化学传感方面取得了一定的应用,已被成功用来提高电化学检测的灵敏度和选择性。如何进一步改善MOFs的电化学分析性能,更好地推动MOFs的电化学传感应用十分必要。本论文将具有优异电化学传感性能的碳纳米管(CNTs)分别与两种咪唑类MOFs复合,制备出两种复合材料,深入研究了各自的电化学传感性能及应用情况。主要研究工作如下:(1)将CNTs与PVP-K30超声分散在甲醇中,并加入Ni(NO3)2·6H2O,搅拌1 h;然后与2-甲基咪唑(Me IM)甲醇溶液混合,搅拌10 min后,室温静置合成出Ni-Me IM@CNTs复合材料。XRD、XPS和TGA分析表明成功合成了Ni-Me IM框架材料,并与CNTs形成了复合物;SEM和TEM分析表明大量的Ni-Me IM被包裹在CNTs形成的网格孔隙中,并与CNTs密切结合。研究了内分泌干扰物双酚A(BPA)在Ni-Me IM、CNTs和Ni-Me IM@CNTs三种材料表面的电化学行为,发现Ni-Me IM@CNTs对BPA的界面富集能力和氧化信号增敏效应均显著高于Ni-Me IM和CNTs。建立了一种BPA的高灵敏电化学检测方法,线性范围为1-1000 n M,检出限为0.35 n M(S/N=3)。将该方法用于热敏纸及聚碳酸酯塑料日用品分析,测定结果与HPLC一致。(2)将CNTs与PVP-K30超声分散在甲醇中,然后加入Zn(CH3COO)2·2H2O和2-甲基咪唑的固体混合物,搅拌5 min后,室温静置合成出ZIF-8@CNTs复合材料。XRD和XPS证实了Zn与2-甲基咪唑形成了ZIF-8框架材料,并与CNTs形成了复合物;TGA测试表明ZIF-8@CNTs具有良好的热稳定性;SEM和TEM图像显示复合材料中大量CNTs相互缠绕,并与ZIF-8紧密结合。与ZIF-8和CNTs相比,ZIF-8@CNTs显著地提高了对4-氯苯酚(4-CP)的电化学氧化信号。基于此,建立了一种高灵敏的4-CP电化学测定方法,线性范围为0.1-6μM,检出限为0.04μM(S/N=3)。将该方法用于污水样品分析,测定结果与HPLC相符。
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