Металл-органические каркасы на поверхности материалов: синтез, структура и применение в каталитических и сорбционных технологиях
ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………………………………………………… 3
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ……………………………………………………………………….. 8
1.1.Методы и подходы к получению металл-органических каркасов на различных
поверхностях……………………………………………………………………………………………………….. 10
1.1.1.Формирование тонких пленок MOFs методами ex situ ………………………………….. 10
1.1.2.Методы синтеза MOFs на поверхности материала (in situ подходы) ……………… 18
1.2.Физико-химические основы сорбционных процессов с использованием MOFs … 28
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИТА PET@UIO-66 И
ИЗУЧЕНИЕ ЕГО СОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ. ……………………………………………………… 34
2.1. Разработка метода синтеза металлорганического каркаса UiO-66 на поверхности
полиэтилентерефталата ……………………………………………………………………………………….. 35
2.2. Изучение сорбционных свойств PET@UiO-66 на примере имидаклоприда …….. 45
ГЛАВА 3. СИНТЕЗ ГИБРИДНЫХ ФОТОАКТИВНЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ НА
ОСНОВЕ PET@UIO-66 И НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА ……………………………………………… 57
3.1. Разработка метода синтеза гибридных фотоактивных катализаторов на основе
PET@UiO-66 и наночастиц серебра ……………………………………………………………………… 58
3.1.1. Исследование фотокаталитической активности …………………………………………… 62
3.1.2. Исследование структуры PET@UiO-66-Ag25 ………………………………………………. 69
3.2. Исследование процессов разложения параоксона …………………………………………… 71
3.2.1. Кинетические закономерности. …………………………………………………………………… 71
3.2.2. Механизмы синергетического разложения с использованием PET@UiO-66-
Ag25 ……………………………………………………………………………………………………………………. 76
ГЛАВА 4. ИММОБИЛИЗАЦИЯ MOFS НА ПОВЕРХНОСТИ ПЛАЗМОН-АКТИВНЫХ
СТРУКТУР НА ОСНОВЕ ЗОЛОТА ………………………………………………………………………… 84
4.1. Разработка метода синтеза иерархической гомохиральной плазмон-активной
системы на основе мезопористой пленки золота и AlaZnCl …………………………………… 85
4.2. Селективное определение энантиомеров псевдоэфедрина(PE) ……………………….. 95
ГЛАВА 5. МЕТОДИКИ СИНТЕЗОВ И ИССЛЕДОВАНИЙ……………………………………. 114
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………………………………….. 133
СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ ………………………………… 134
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ……………………………………………………………………………………… 136
Актуальность работы В XXI веке металл-органические каркасы
(MOFs) приобрели особую популярность благодаря их уникальным
свойствам. Они не только сочетают в себе полезные функции
неорганических и органических блоков, но и отличаются большим
структурным разнообразием, возможностью тонкой регулировки
химических свойств, регулируемой пористостью, высокой площадью
поверхности (от 1000 до 10000 m2/g), механической прочностью и
термической стабильностью (зачастую превышающей 200°С). Такой
широкий спектр свойств делает возможным их применение в различных
областях науки и промышленности – хранение газа, катализ,
обеззараживание сточных вод, доставка лекарств и других.
Однако гранулометрический состав и высокая добавленная стоимость
металл-органических каркасов затрудняет их применение во всех
вышеперечисленных областях. Кроме того, несмотря на высокую
каталитическую и сорбционную активность MOFs, она остается все же
недостаточной для ряда применений. Функциональные свойства “простых”
металл-органических не удовлетворяют запросам промышленности, а
специфические лиганды и методы синтеза, а также дополнительное
оборудование для применения микро- и нанодисперсных порошков, и их
удаления после использования увеличивают ценообразование в разы.
Именно поэтому исследования в области создания новых материалов
на основе MOFs имеют огромный потенциал с точки зрения как
фундаментальной науки, так и практического применения. Важнейшими
вопросами в данной области остаются минимизация стоимости таких
материалов, равно как и влияние структуры на физико-химические свойства
MOFs – сорбционные или каталитические.
В связи с этим актуальной задачей является разработка методов
получения новых композитных материалов на основе тонких пленок
металл-органических каркасов на поверхности носителей, а также изучение
фундаментальных закономерностей сорбционных и каталитических
взаимодействий с их участием для целевых применений.
Целью диссертационного исследования является разработка методов
и подходов к получению функциональных материалов на основе тонких
пленок металл-органических каркасов на поверхности инертных или
функциональных носителей, позволяющих управлять химическими,
физическими и технологическими свойствами материалов, и дальнейшего
изучения физико-химических основ процессов сорбции, катализа и
сенсорики при применении материалов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие
задачи:
1) Разработать метод получения металл-органических каркасов на
По результатам проведенных исследований сделаны следующие
выводы:
1. Разработан простой и эффективный метод получения
композитного материала на основе UiO-66 на поверхности
полиэтилентерефталата использованием вторичного сырья. В данном
подходе полиэтилентерефталат был впервые использован одновременно
как носитель с якорной группой и источника терефталевой кислоты.
2. Показано, что полученный композит PET@UiO-66 способен
хемосорбировать имидаклоприд с высокой эффективностью в условиях
реактора колонного типа с низким гидравлическим сопротивлением.
3. Разработан метод получения композита на основе PET@UiO-66
И наночастиц серебра для фотокаталитического разложения
этилпараоксона и предложен механизм синергетического каталитического
эффекта за счет возбуждения плазмона и его влияния на гидролиз
пестицида на активных кислотных центрах.
4. Разработан метод роста хирального MOF п на поверхности
мезопористой пленки золота и получена иерархически пористая
поверхность, способная к селективному захвату энантиомеров
псевдоэфедрина в присутствии биомолекул в биологических средах.
СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ
ИК (FTIR) – инфракрасная спектроскопия
УФ-Вид (UV-Vis) – спектрофотометрия
ГХ (GC) – газовая хроматография
ГХ-МС (GC-MS) – газовая хроматография с масс-спектрометрией
ТГ (TG) – термогравиметрия
СЭМ-ЭДС(SEM-EDX) – сканирующая электронная микроскопия с
энерго-дисперсионной спектроскопией
ПЭМ (TEM) – просвечивающая электронная микроскопия
РФэС (XPS) – рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия
РФА (XRD) – рентгеновский фазовый анализ
ИСП-МС (ICP-MS) – Масс-спектрометрия с индуктивно-связанной
плазмой
ВЭЖХ-УФ (HPLC-UV) – Высокоэффективная жидкостная
хроматография с ультрафиолетовым детектором
SERS – поверхностно-усиленная рамановская спектроскопия
MOF/MOFs – металл-органический каркас/металл-органические
каркасы
UiO-66 – металл-органический каркас, названный в честь University
of Oslo. Состоит из циркония и терефталевой кислоты.
AlaZnCl-металлорганический каркас состоящий из цинка и лиганда –
N-(4-пиридилметил)-l-аланин⋅HCl
НЧ (NPs) – наночастицы
АСМ (AFM) – атомно-силовая микроскопия
БЭТ-анализ – метод Брунауэра-Эммета-Теллера
ИСП-ОЭС (ICP-OES) – Оптическая эмиссионная спектроскопия с
индуктивно связанной плазмой
CVA (ЦВА) – циклическая вольтамперометрия
LOD – Предел обнаружения
SNR – отношение величины сигнала к шуму
SD (СО) – стандартное отклонение
PET (ПЭТ) – полиэтилентерефталат
Помогаем с подготовкой сопроводительных документов
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.9 (826 отзывов)
4.9 (5 отзывов)
4.4 (59 отзывов)
4.7 (46 отзывов)
4.3 (248 отзывов)
4.9 (37 отзывов)
4.6 (522 отзыва)
4.8 (40 отзывов)
5 (8 отзывов)
