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 (343 отзыва)
4.8 (9 отзывов)
4.2 (6 отзывов)
4.5 (9 отзывов)
5 (20 отзывов)
5 (1241 отзыв)
4.8 (17 отзывов)
4.7 (96 отзывов)
4.2 (13 отзывов)
