金属有机骨架功能材料:环境及健康领域应用

目录 前言 第1章 金属有机骨架材料概述 1 1.1 金属有机骨架材料分类 2 1.1.1 IRMOF系列材料 3 1.1.2 HKUST系列材料 3 1.1.3 MIL系列材料 3 1.1.4 ZIF系列材料 4 1.1.5 UiO系列材料 4 1.1.6 PCN系列材料 4 1.1.7 CPL系列材料 5 1.2 金属有机骨架材料制备 5 1.2.1 水热/溶剂热合成法 5 1.2.2 微波和超声合成法 6 1.2.3 离子热和电化学合成法 6 1.2.4 机械合成法 6 1.3 MOFs改性与活化方法 7 1.3.1 官能团修饰 7 1.3.2 金属掺杂 9 1.3.3 活化不饱和金属位点 9 1.4 金属有机骨架材料衍生材料制备 10 1.4.1 多孔碳材料 11 1.4.2 金属基化合物 12 1.4.3 金属/金属化合物和碳复合材料 12 1.5 小结与展望 13 参考文献 14 第2章 金属有机骨架材料的性质与表征方法 18 2.1 金属有机骨架材料的形貌与结构 18 2.2 金属有机骨架材料的特点 24 2.3 金属有机骨架材料的表征方法 26 2.3.1 X射线衍射 26 2.3.2 傅里叶变换红外光谱 27 2.3.3 拉曼光谱 29 2.3.4 X射线光电子能谱 29 2.3.5 热重分析 30 2.3.6 Zeta电位 33 2.4 小结与展望 34 参考文献 35 第3章 MOFs吸附去除水体中污染物的应用 41 3.1 改性MOFs材料 42 3.1.1 金属元素掺杂MOFs材料 42 3.1.2 官能团修饰MOFs材料 48 3.1.3 碳化MOFs衍生物 51 3.2 MOFs复合材料 56 3.2.1 MOFs/金属网络复合材料 56 3.2.2 MOFs/木头复合材料 58 3.2.3 MOFs/气凝胶复合材料 61 3.2.4 MOFs/聚合物膜复合材料 65 3.3 单因素条件下对MOFs材料吸附性能的影响研究 68 3.3.1 溶液pH的影响 69 3.3.2 溶液温度的影响 70 3.3.3 共存离子的影响 71 3.3.4 溶解性有机质的影响 73 3.4 多因素条件下对MOFs材料吸附性能的影响研究 75 3.4.1 方法选择与多因素条件选取 75 3.4.2 MOFs材料吸附结果分析 76 3.5 MOFs材料吸附去除水体中污染物的机理分析 79 3.5.1 静电相互作用 80 3.5.2 氢键 80 3.5.3 π-π相互作用 81 3.5.4 酸碱相互作用 82 3.5.5 疏水相互作用 83 3.6 MOFs材料稳定性及循环利用性 84 3.6.1 稳定性评估 84 3.6.2 循环利用性评估 86 3.7 小结与展望 87 参考文献 88 第4章 MOFs光催化去除水体中污染物的应用 99 4.1 光催化机理 100 4.1.1 实验装置 101 4.1.2 MOFs能带结构确定 102 4.1.3 光致发光 105 4.1.4 瞬态光电流响应 106 4.1.5 电化学阻抗谱 106 4.2 MOFs基光催化剂的构建 107 4.2.1 形貌/尺寸调节 108 4.2.2 官能团修饰 110 4.2.3 金属掺杂 111 4.2.4 与半导体材料结合 113 4.2.5 染料光敏化 120 4.2.6 金属纳米粒子负载 121 4.2.7 碳基材料修饰 122 4.3 MOFs衍生光催化剂的构建 124 4.3.1 多孔碳材料 125 4.3.2 金属基化合物 125 4.3.3 金属/金属化合物和碳的复合材料 132 4.4 基于MOFs的光催化体系对污染物的降解行为 133 4.4.1 光-臭氧体系 133 4.4.2 光-芬顿体系 135 4.4.3 光-过硫酸盐体系 138 4.5 小结与展望 142 参考文献 142 第5章 MOFs光电催化去除水体中污染物的应用 152 5.1 光电催化原理 154 5.2 MOFs材料在光电催化中的作用 156 5.2.1 提高光利用效率 156 5.2.2 提升载流子分离效率 159 5.2.3 提高电荷注入效率 160 5.2.4 优化光电极结构 161 5.3 MOFs基光电极的构造策略 163 5.3.1 涂覆材料 164 5.3.2 生长材料 167 5.3.3 基体演化 169 5.4 MOFs基光电极对污染物的降解行为 171 5.4.1 MIL系列 172 5.4.2 ZIF系列 177 5.4.3 UiO系列 181 5.4.4 PCN系列 182 5.5 MOFs基光电极的稳定性、重现性和可重复使用性 183 5.5.1 MOFs基光电极的稳定性 183 5.5.2 MOFs基光电极的重现性 185 5.5.3 MOFs基光电极的可重复使用性 185 5.6 小结与展望 186 参考文献 188 第6章 MOFs活化过硫酸盐去除水体中污染物的应用 200 6.1 单体MOFs活化过硫酸盐去除水体中污染物 201 6.1.1 MIL系列活化过硫酸盐的应用 201 6.1.2 ZIF系列活化过硫酸盐的应用 203 6.1.3 双金属基MOFs活化过硫酸盐的应用 205 6.2 MOFs复合材料活化过硫酸盐去除水体中污染物 210 6.2.1 金属氧化物修饰型MOFs的应用 210 6.2.2 非金属材料修饰型MOFs的应用 212 6.3 MOFs的衍生材料活化过硫酸盐去除水体中污染物 217 6.3.1 MOFs衍生的金属复合物的应用 217 6.3.2 MOFs衍生的金属/C纳米复合材料的应用 224 6.3.3 MOFs衍生碳材料的应用 232 6.4 MOFs材料活化过硫酸盐的机理 237 6.4.1 自由基途径 237 6.4.2 非自由基途径 239 6.5 MOFs基材料在SR-AOPs处理中的稳定性和可重复使用性 240 6.6 小结与展望 242 参考文献 244 第7章 MOFs基类芬顿反应去除水体中污染物的应用 258 7.1 MOFs基类芬顿反应去除水体中污染物的反应机理 259 7.2 单体MOFs基类芬顿反应去除水体中污染物 260 7.2.1 铁基MOFs材料类芬顿反应 260 7.2.2 其他单金属基MOFs材料类芬顿反应 266 7.2.3 双金属基MOFs材料类芬顿反应 268 7.3 改性MOFs基类芬顿反应去除水体中污染物 270 7.3.1 金属元素修饰型MOFs基类芬顿反应 270 7.3.2 金属氧化物修饰型MOFs基类芬顿反应 273 7.3.3 非金属材料修饰型MOFs基类芬顿反应 275 7.4 MOFs衍生物基类芬顿反应去除水体中污染物 278 7.4.1 MOFs衍生金属氧化物基类芬顿反应 278 7.4.2 MOFs衍生金属/C复合物基类芬顿反应 285 7.5 MOFs基类芬顿反应的影响因素 289 7.5.1 原始pH对MOFs基类芬顿反应的影响 289 7.5.2 H2O2对MOFs基类芬顿反应的影响 290 7.5.3 其他因素对MOFs基类芬顿反应的影响 291 7.6 MOFs基类芬顿催化剂的稳定性和可重复使用性 292 7.7 小结与展望 294 参考文献 295 第8章 MOFs材料在健康领域的应用 313 8.1 MOFs材料在肿瘤治疗领域的应用 314 8.1.1 MOFs用于肿瘤光疗法 315 8.1.2 MOFs用于肿瘤化学动力学疗法 318 8.1.3 MOFs用于肿瘤声动力学疗法 320 8.1.4 MOFs用于肿瘤治疗药物载体 322 8.2 MOFs材料在生物医学成像领域的应用 323 8.2.1 MOFs用于荧光成像 325 8.2.2 MOFs用于光声成像 326 8.2.3 MOFs用于磁共振成像 327 8.2.4 MOFs用于计算机断层成像 328 8.2.5 MOFs用于正电子发射断层成像 329 8.3 MOFs材料在抗菌领域的应用 330 8.3.1 MOFs的金属离子/活性位点作为抗菌剂 332 8.3.2 MOFs的有机配体作为抗菌剂 334 8.3.3 MOFs作为抗菌物质载体 335 8.3.4 MOFs光催化抗菌 337 8.4 小结与展望 339 参考文献 341