金屬有機骨架功能材料：環(huán)境及健康領域應用
金屬有機骨架（MOFs）材料作為一種新型環(huán)境功能材料，不僅具有孔隙率高、孔尺寸可調(diào)、易功能化和金屬活性位點豐富等基本性質(zhì)，而且合成簡便、價格低廉且具有不飽和金屬中心，被廣泛應用于環(huán)境及健康等領域。本書首先介紹了MOFs基功能材料及其衍生物的分類、制備方法、表征方法及基本性質(zhì)。在此基礎上，對MOFs基功能材料及其衍生物在環(huán)境和健康領域的應用進行了全面論述，包括MOFs吸附去除水體中污染物的應用、MOFs光催化去除水體中污染物的應用、MOFs光電催化去除水體中污染物的應用、MOFs活化過硫酸鹽去除水體中污染物的應用、MOFs基類芬頓反應去除水體中污染物的應用及MOFs材料在健康領域的應用。
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目錄
前言
第1章 金屬有機骨架材料概述 1
1.1 金屬有機骨架材料分類 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 金屬有機骨架材料制備 5
1.2.1 水熱/溶劑熱合成法 5
1.2.2 微波和超聲合成法 6
1.2.3 離子熱和電化學合成法 6
1.2.4 機械合成法 6
1.3 MOFs改性與活化方法 7
1.3.1 官能團修飾 7
1.3.2 金屬摻雜 9
1.3.3 活化不飽和金屬位點 9
1.4 金屬有機骨架材料衍生材料制備 10
1.4.1 多孔碳材料 11
1.4.2 金屬基化合物 12
1.4.3 金屬/金屬化合物和碳復合材料 12
1.5 小結(jié)與展望 13
參考文獻 14
第2章 金屬有機骨架材料的性質(zhì)與表征方法 18
2.1 金屬有機骨架材料的形貌與結(jié)構(gòu) 18
2.2 金屬有機骨架材料的特點 24
2.3 金屬有機骨架材料的表征方法 26
2.3.1 X射線衍射 26
2.3.2 傅里葉變換紅外光譜 27
2.3.3 拉曼光譜 29
2.3.4 X射線光電子能譜 29
2.3.5 熱重分析 30
2.3.6 Zeta電位 33
2.4 小結(jié)與展望 34
參考文獻 35
第3章 MOFs吸附去除水體中污染物的應用 41
3.1 改性MOFs材料 42
3.1.1 金屬元素摻雜MOFs材料 42
3.1.2 官能團修飾MOFs材料 48
3.1.3 碳化MOFs衍生物 51
3.2 MOFs復合材料 56
3.2.1 MOFs/金屬網(wǎng)絡復合材料 56
3.2.2 MOFs/木頭復合材料 58
3.2.3 MOFs/氣凝膠復合材料 61
3.2.4 MOFs/聚合物膜復合材料 65
3.3 單因素條件下對MOFs材料吸附性能的影響研究 68
3.3.1 溶液pH的影響 69
3.3.2 溶液溫度的影響 70
3.3.3 共存離子的影響 71
3.3.4 溶解性有機質(zhì)的影響 73
3.4 多因素條件下對MOFs材料吸附性能的影響研究 75
3.4.1 方法選擇與多因素條件選取 75
3.4.2 MOFs材料吸附結(jié)果分析 76
3.5 MOFs材料吸附去除水體中污染物的機理分析 79
3.5.1 靜電相互作用 80
3.5.2 氫鍵 80
3.5.3 π-π相互作用 81
3.5.4 酸堿相互作用 82
3.5.5 疏水相互作用 83
3.6 MOFs材料穩(wěn)定性及循環(huán)利用性 84
3.6.1 穩(wěn)定性評估 84
3.6.2 循環(huán)利用性評估 86
3.7 小結(jié)與展望 87
參考文獻 88
第4章 MOFs光催化去除水體中污染物的應用 99
4.1 光催化機理 100
4.1.1 實驗裝置 101
4.1.2 MOFs能帶結(jié)構(gòu)確定 102
4.1.3 光致發(fā)光 105
4.1.4 瞬態(tài)光電流響應 106
4.1.5 電化學阻抗譜 106
4.2 MOFs基光催化劑的構(gòu)建 107
4.2.1 形貌/尺寸調(diào)節(jié) 108
4.2.2 官能團修飾 110
4.2.3 金屬摻雜 111
4.2.4 與半導體材料結(jié)合 113
4.2.5 染料光敏化 120
4.2.6 金屬納米粒子負載 121
4.2.7 碳基材料修飾 122
4.3 MOFs衍生光催化劑的構(gòu)建 124
4.3.1 多孔碳材料 125
4.3.2 金屬基化合物 125
4.3.3 金屬/金屬化合物和碳的復合材料 132
4.4 基于MOFs的光催化體系對污染物的降解行為 133
4.4.1 光-臭氧體系 133
4.4.2 光-芬頓體系 135
4.4.3 光-過硫酸鹽體系 138
4.5 小結(jié)與展望 142
參考文獻 142
第5章 MOFs光電催化去除水體中污染物的應用 152
5.1 光電催化原理 154
5.2 MOFs材料在光電催化中的作用 156
5.2.1 提高光利用效率 156
5.2.2 提升載流子分離效率 159
5.2.3 提高電荷注入效率 160
5.2.4 優(yōu)化光電極結(jié)構(gòu) 161
5.3 MOFs基光電極的構(gòu)造策略 163
5.3.1 涂覆材料 164
5.3.2 生長材料 167
5.3.3 基體演化 169
5.4 MOFs基光電極對污染物的降解行為 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基光電極的穩(wěn)定性、重現(xiàn)性和可重復使用性 183
5.5.1 MOFs基光電極的穩(wěn)定性 183
5.5.2 MOFs基光電極的重現(xiàn)性 185
5.5.3 MOFs基光電極的可重復使用性 185
5.6 小結(jié)與展望 186
參考文獻 188
第6章 MOFs活化過硫酸鹽去除水體中污染物的應用 200
6.1 單體MOFs活化過硫酸鹽去除水體中污染物 201
6.1.1 MIL系列活化過硫酸鹽的應用 201
6.1.2 ZIF系列活化過硫酸鹽的應用 203
6.1.3 雙金屬基MOFs活化過硫酸鹽的應用 205
6.2 MOFs復合材料活化過硫酸鹽去除水體中污染物 210
6.2.1 金屬氧化物修飾型MOFs的應用 210
6.2.2 非金屬材料修飾型MOFs的應用 212
6.3 MOFs的衍生材料活化過硫酸鹽去除水體中污染物 217
6.3.1 MOFs衍生的金屬復合物的應用 217
6.3.2 MOFs衍生的金屬/C納米復合材料的應用 224
6.3.3 MOFs衍生碳材料的應用 232
6.4 MOFs材料活化過硫酸鹽的機理 237
6.4.1 自由基途徑 237
6.4.2 非自由基途徑 239
6.5 MOFs基材料在SR-AOPs處理中的穩(wěn)定性和可重復使用性 240
6.6 小結(jié)與展望 242
參考文獻 244
第7章 MOFs基類芬頓反應去除水體中污染物的應用 258
7.1 MOFs基類芬頓反應去除水體中污染物的反應機理 259
7.2 單體MOFs基類芬頓反應去除水體中污染物 260
7.2.1 鐵基MOFs材料類芬頓反應 260
7.2.2 其他單金屬基MOFs材料類芬頓反應 266
7.2.3 雙金屬基MOFs材料類芬頓反應 268
7.3 改性MOFs基類芬頓反應去除水體中污染物 270
7.3.1 金屬元素修飾型MOFs基類芬頓反應 270
7.3.2 金屬氧化物修飾型MOFs基類芬頓反應 273
7.3.3 非金屬材料修飾型MOFs基類芬頓反應 275
7.4 MOFs衍生物基類芬頓反應去除水體中污染物 278
7.4.1 MOFs衍生金屬氧化物基類芬頓反應 278
7.4.2 MOFs衍生金屬/C復合物基類芬頓反應 285
7.5 MOFs基類芬頓反應的影響因素 289
7.5.1 原始pH對MOFs基類芬頓反應的影響 289
7.5.2 H2O2對MOFs基類芬頓反應的影響 290
7.5.3 其他因素對MOFs基類芬頓反應的影響 291
7.6 MOFs基類芬頓催化劑的穩(wěn)定性和可重復使用性 292
7.7 小結(jié)與展望 294
參考文獻 295
第8章 MOFs材料在健康領域的應用 313
8.1 MOFs材料在腫瘤治療領域的應用 314
8.1.1 MOFs用于腫瘤光療法 315
8.1.2 MOFs用于腫瘤化學動力學療法 318
8.1.3 MOFs用于腫瘤聲動力學療法 320
8.1.4 MOFs用于腫瘤治療藥物載體 322
8.2 MOFs材料在生物醫(yī)學成像領域的應用 323
8.2.1 MOFs用于熒光成像 325
8.2.2 MOFs用于光聲成像 326
8.2.3 MOFs用于磁共振成像 327
8.2.4 MOFs用于計算機斷層成像 328
8.2.5 MOFs用于正電子發(fā)射斷層成像 329
8.3 MOFs材料在抗菌領域的應用 330
8.3.1 MOFs的金屬離子/活性位點作為抗菌劑 332
8.3.2 MOFs的有機配體作為抗菌劑 334
8.3.3 MOFs作為抗菌物質(zhì)載體 335
8.3.4 MOFs光催化抗菌 337
8.4 小結(jié)與展望 339
參考文獻 341
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