金属元素替换对锌-铜基金属有机骨架材料的光吸收与能带特性的影响
Effect of Metal Exchange on the Light-Absorbing and Band-Gap Properties of Nanoporous Zn-Cu based MOFs
作者单位E-mail
杨龙 中国工程物理研究院总体工程研究所, 绵阳 621999 rjcyangl@caep.cn 
王秦 高分子材料工程国家重点实验室, 四川大学高分子研究所, 成都 610065  
邓勇军 工程材料与结构冲击振动四川省重点实验室, 绵阳 621000  
王晓媛 中国工程物理研究院总体工程研究所, 绵阳 621999  
何轫 中国工程物理研究院总体工程研究所, 绵阳 621999  
衣志勇 中国工程物理研究院总体工程研究所, 绵阳 621999  
江龙 高分子材料工程国家重点实验室, 四川大学高分子研究所, 成都 610065  
邱勇 中国工程物理研究院总体工程研究所, 绵阳 621999 qiuy@caep.cn 
摘要: 选择常规的锌、铜作为金属离子、对苯二甲酸(BDC)作为有机配体,通过溶剂热法和元素替换法合成出Zn-Cu基MOFs材料。通过XRD、UV-Vis DRS、SEM、FT-IR、UPS和XPS等手段表征和研究,发现Zn(BDC)的光吸收位于紫外光波段(<400 nm),而Cu(BDC)光吸收拓宽至整个可见光波段(500~1 000 nm)。Zn-Cu金属离子均匀分散的产物Zn-Cu-BDC比其它产物具有更宽的光吸收范围、强度和更窄的带隙;不同的合成途径导致Zn-Cu基MOFs材料表现出性质差异。
关键词: 金属有机骨架  锌-铜  金属元素替换  光吸收  能带
基金项目: 中国博士后科学基金(No.2016M602715),国家自然科学基金(No.51573109)和高分子材料工程国家重点实验室开放课题(No.sklpme2017-4-08)资助项目。
Abstract: Cu(Ⅱ) and Zn(Ⅱ) ions were selected as the basic mixed metal nodes connected by organic ligand 1,4-benzenedicarboxylic acid (BDC) and synthesized nanoporous Zn-Cu based mixed-metal MOFs Zn(BDC)-Cu, Cu(BDC)-Zn and Zn-Cu-BDC through different synthetic routes. Through characterization of PXRD, SEM, UV-Vis DRS, FT-IR, XPS and UPS and systematic analysis, it is found that the solar light absorbing range of Zn(BDC) is located in UV band (<400 nm), while Cu(BDC) mainly absorbs the whole visible light (500~1 000 nm). Additionally, the Zn-Cu ions uniformly-dispersed product Zn-Cu-BDC performs better in light-absorption and exhibits lower photo band-gap and HOMO level than the other bi-metallic products Zn(BDC)-Cu and Cu(BDC)-Zn. The investigation might inspire the design of heterogeneous photocatalysts and organic-inorganic hybrids in the aspects of light-absorption and charge transfer and construction methods on metal exchange due to different routes leading to different properties despite of the same components.
Keywords: metal-organic frameworks (MOFs)  Zn-Cu  metal exchange  light-absorption  band gap
投稿时间:2017-12-20 修订日期:2018-03-20
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杨龙,王秦,邓勇军,王晓媛,何轫,衣志勇,江龙,邱勇.金属元素替换对锌-铜基金属有机骨架材料的光吸收与能带特性的影响[J].无机化学学报,2018,34(7):1199-1208.
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