金属纳米材料论文

金属纳米材料是指三维空间中至少有一维处于纳米尺度或由它们作为基本单元构成的金属材料。下面是小编为大家整理的《金属纳米材料论文 (精选3篇)》，欢迎大家借鉴与参考，希望对大家有所帮助！

金属纳米材料论文 篇1：

双金属纳米材料与催化分析

摘 要：双金属纳米材料由于其更加良好的催化性质以及相对较低的价格，成为了近些年来人们研究与关注的重点。基于此，本文分析了不同的双金属材料的催化性质，探究了影响双金属材料催化性质的因素。

关键词：双金属纳米材料;催化性质;影响因素

引言：贵金属是一种十分重要的催化剂材料，在工业生产中被大量的使用。因其储能有限、价格相对高昂，所以将贵金属更加高效的进行利用成为了相关研究人员关注的重点问题。目前，较为常用的一种方式就是利用贵金属与非贵金属合成金属件化合物或者是合金进行催化，以降低对贵金属的消耗。双金属纳米材料在代替贵金属进行催化反应的效果较好，受到了相关人员的关注。本文分析了不同的双金属纳米材料的催化反应及影响因素，为相关人员的工作进行提供参考。

一、双金属纳米材料的催化性质分析

(一)Pt基双金属纳米材料

Pt基双金属纳米材料在化工领域以及化学科学中被广泛的应用，是一种十分重要的金属催化剂材料。在制备Pt基双金属纳米材料时，首先要准备Pt晶种，并在适当的条件下加入Ni源。其次要控制还原合成条件，让被还原的Ni原子簇或院子能够在Pt晶种的表面进行扩散，形成稳定的Pt基双金属纳米材料。

这种双金属Pt-Ni纳米束在甲醇的电催化反应中表现出良好的性能，相比于单一的Pt纳米束或纳米颗粒来说，双金属Pt-Ni纳米束的电催化活性更好。笔者研究发现，Pt纳米束、Pt纳米颗粒、双金属Pt-Ni纳米束的电化学活化面积分别为0.39mA/cm2、0.26mA/cm2、0.93mA/cm2。在稳定性上，双金属Pt-Ni纳米束优于Pt纳米束以及Pt纳米颗粒。这就意味着在实际的催化反应中，Pt基双金属纳米材料不仅能够提供更有活性的催化反应，还能更好的保证催化反应的稳定性。

目前，Pt基双金属纳米材料不只有双金属Pt-Ni纳米束一种，还有Pt基双金属PtCo和PtFe纳米线材料、PtM(M为Ni、Au、Pd)合金纳米晶、Cupt和CoPt双金属纳米颗粒以及不同晶面的Pt-Ni双金属纳米晶催化剂等等。这些Pt基双金属纳米材料都有着良好的催化反应活性，在实际的工业生产中有着较好的应用前景。

(二)Pd基双金属纳米材料

Pd基双金属纳米材料有着较好的催化活性、催化反应的条件也较为温和，目前被普遍应用于医药生产领域、天然产物合成领域以及石油化工领域等等。我国对于Pt基双金属纳米材料的制备在2012年得到了发展。相关研究学者利用牺牲模板法在较为温和的条件下，制备出了Pt基的合金一维纳米线，研制出了PdPt双金属纳米线。

这种Pd基双金屬纳米材料在催化活性上有着一定的优势。笔者经过研究发现，相比于单一成分的贵金属催化剂，Pd基双金属纳米材料作为催化剂有着更好的电催化活性，电极的灵敏度也较高，可以达到533μA/(mmol/L cm2)。

使用双扩散法同样能够制备出Pt基的合金一维纳米线。笔者在研究中发现，Pd4Pt和Pd9Au双金属纳米线的氧化活性比在工业生产中使用的传统的Pt基催化剂要好，能够达到0.79mA/cm2和0.49mA/cm2。另外，目前研究出的Pd基双金属纳米材料还有Co10Pd40-Co40Pd40的双金属纳米颗粒、Au-Pd双金属纳米颗粒等，在催化活性上有着较高的优势。

(三)Au基双金属纳米材料

Au基双金属纳米材料的研究与制备一直是相关人员研究的重点，是一种十分重要的双金属纳米材料，其催化活性也被广泛关注。Au-Pt催化剂就是一种Au基双金属纳米材料，有着较高的催化速度。Au-Pt催化剂的催化作用主要是利用Pt的引入，使得Au表面上H2的解离速度更快。笔者在研究中发现，在Au-Pt催化剂中，Pt的含量越高，这种Au基双金属纳米材料的催化活性越好。

在TiO2基底上负载Au-Ag双金属纳米颗粒也是一种Au基双金属纳米材料，其尺寸约为1.5nm[1]。这种Au基双金属纳米材料能够更加显著的提升催化反应的速度。笔者研究发线，在制备双氧水的实验中，Au基双金属纳米材料的应用能够使得反应更加高效。Au能够使得O2在光催化的条件下积极的形成H2O2，同时，这种合金结构还能有效的抑制H2O2在Au表面的分解。

二、双金属纳米材料催化的影响因素

(一)双金属纳米材料的成分

双金属纳米材料的成分不同能够影响催化反应的表现。由上文中的分析能够发现，调控双金属纳米材料中各个成分的含量能够得到不同催化速度与性质的催化剂。以Au基双金属纳米材料为例，AuPd合金纳米颗粒在实际的催化反应中，比单一的金属纳米材料的催化活性更好、催化的速度以及稳定性也有所提升。Au基双金属纳米材料不仅能够提升催化反应的效率，还能有效抑制生成产物的分解，使得产物的产量更大。

调整Pt-Ni纳米束中的成分比例，能够制备出PtNi3和PtNi5等合金纳米颗粒[2]。结合实际的电催化反应能够得出，PtNi3有着更好的氧化还原能力，证明了不同组成的双金属纳米材料的催化性质不同。

(二)双金属纳米材料的结构性质

双金属纳米材料中有着不同的结构性质，例如，空心多孔结构、一维结构、壳核结构等等。有研究显示，不同结构的双金属纳米材料有着不同的催化性能。这就意味着相关研究人员或工作人员要结合实际的需求，对双金属纳米材料的结构进行设计。以Au基双金属纳米材料为例，利用离子交换的方式能够制备出Au@Ag双金属壳结构的纳米材料，相比于单一结构的Au纳米颗粒、Ag纳米颗粒或Au-Ag合金纳米颗粒，这种纳米材料有着较好的结晶性，催化活性也更强。

另外，双金属纳米材料的尺寸大小也会影响催化性质。例如，对于Pd@Au纳米晶而言，其壳层的厚度越大，催化活性就越高，并在2.2nm时达到最优。

总结：综上所述，双金属纳米材料在催化反应中有着更优的性质，对其的研究已经取得了一定的进展。目前，在Pt基双金属纳米材料、Pd基双金属纳米材料以及Au基双金属纳米材料的研究与制备中，取得的了较好的成绩，也得到了较为广泛的使用。研究发现，双金属纳米材料的成分、结构、尺寸都会影响催化反应的性质，相关人员需要探究其最优的形式，保证催化反应的快速和稳定。

参考文献：

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[2]祁琨. 金属纳米材料的表界面调控及电催化应用研究[D].吉林大学，2017.

作者：姚欢欢

金属纳米材料论文 篇2：

金属氧化物纳米材料在水处理中的应用

摘要：纳米技术从诞生到如今的广泛应用，短短三十年拥有着突飞猛进的发展。其中金属氧化物纳米材料凭借着其金属特性与纳米尺寸结合，得到了较强的吸附性能、光催化性能以及抗菌性能。本文从金属氧化物纳米材料的吸附性能、光催化性能以及抗菌性能三种维度，分析金属氧化物纳米材料在水处理中的应用。

关键词：金属氧化物;纳米材料;水处理;吸附性能;光催化性能;抗菌性能

1990年7月举办了第一届国际纳米科学技术会议，纳米技术随之诞生，纳米技术主要对对材料的性质和应用进行研究，研究结构尺寸在1纳米至100纳米范围内。金属纳米氧化物指的是粒径达到纳米级的金属氧化物，比如纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化铝，纳米氧化铈，纳米氧化铁等等[1]。纳米材料的概念自80年代初形成开始，就引发了世界科学家的极大关注，而金属氧化物纳米材料的金属特性与纳米尺寸相结合，拥有了独特的性能，让人们意识到金属氧化物纳米材料的应用将会对物理、化学、材料等领域产生极大影响。金属氧化物纳米材料颗粒粒径小且反应活性较高，因此在反应过程中会展现出不同的特性，在水处理的工作中，金属氧化物纳米材料的吸附性能、光催化性能以及抗菌性能得到了巨大的体现，基于此，本文主要从金属氧化物纳米材料的吸附性能、光催化性能以及抗菌性能三个方面入手，对金属氧化物纳米材料在水处理中的应用效果进行研究分析。

一、金属氧化物纳米材料吸附性能

纳米材料拥有着大比表面积，因此对于水中的污染物质有着较强的吸附性，部分金属氧化物纳米材料凭借自身的金属特性，在水处理过程中会与污染物质发生反应，达到吸附并可以实现污染物降解的作用，为后续的分离操作提供了便利。吸附性能中常见的金属氧化物纳米材料主要有铁基氧化物、氧化铝以及氧化锌等[2]，在重金属离子以及有机污染物的吸附上有着明显优势。

1、水合铁氧化物(FeOOH)

针铁矿的主要成分水合铁氧化物(FeOOH)，对不同重金属离子的选择性也存在差异，主要表现为Cu>Pb>Ni>Co>Mn，同时吸附容量也存在差异，在水处理过程中，对于多种重金属离子存在于水中的情况下，其对Cu(Ⅱ)的吸附量明显大于其他重金属离子。

2、α-Fe2O3

α-Fe2O3是赤铁矿的主要成分，可以通过人工手段增加其表面羟基数量，α-Fe2O3的结构特性使得其拥有较大的吸附容量，可以更好的固化多种重金属离子。

3、γ-Fe2O3与Fe3O4

虽然γ-Fe2O3与Fe3O4和α-Fe2O3都是铁基氧化物，但三者的空间结构不同，γ-Fe2O3与Fe3O4在常温状态下会产生磁性特征，Fe3O4磁性较强，因此在水处理的实际应用中利用这一特性有利于分离工作与后续的循环再生[3]。

4、氧化锌(ZnO)

纳米级别的氧化锌对重金属离子等污染物有着较强的吸附力，具有无毒、成本低等特点，同时不同结构的氧化锌，其吸附容量也不同，因此打开了对金属氧化物纳米材料在结构方面的研究。

为解决团聚与反应床堵塞的问题，可以将金屬氧化物纳米材料与多孔载体进行结合，常见载体有膨润土、氧化铝膜等天然或无机物质[4]。金属氧化物纳米复合材料对重金属离子的吸附能力详见表2。利用金属氧化物纳米材料与污染物的化学反应，可以起到去除有机杂质的效果。

二、金属氧化物纳米材料的光催化性能

光催化是一种在光催化剂作用下的氧化还原反应，可以持续降解有机污染物，具有良好的抗菌除臭性能，能够分解空气中的有毒物质，如甲醛等[5]。二氧化钛(TiO2)作为最早的金属氧化物光催化剂，通过从紫外光吸收光能，可以将水中的一些染料等有机污染物分解成CO2和水。同时，氧化锌(ZnO)、铁氧化物以及二氧化铈(CeO2)也可以起到很好的光催化效果，氧化锌(ZnO)更是可以作为二氧化钛(TiO2)的替代材料，通过自身大比例的吸收太阳光谱能够得到更好的光催化能力，除降解染料意外，还可以对多种农药实现降解。铁氧化物凭借独特的磁性成为光催化剂的一种，拥有着较低的带隙能，也可以实现对有机污染物的降解效果。

三、金属氧化物纳米材料抗菌性

金属氧化物纳米材料是一种无机材料，与纳米有机材料相比，具有更多的选择性，且毒性较低，稳定性较高，结构也更加多样[6]，为研究学者提供了无限的可能。并且相关研究表明，颗粒尺寸越小，抗菌性越强;晶格常数越大，抗菌性越强;颗粒形态与晶体的生长同样影响着抗菌活性。目前在抗菌材料的研究中，使用广泛的是Fe3O4、TiO2以及ZnO等，主要优势在于毒性较小并且成本较低，金属氧化物纳米材料强大的吸附性使得细菌的细胞壁被破坏，失去了细胞壁的保护，细菌逐渐死亡。

四、总结

本研究从金属氧化物纳米材料的吸附性能、光催化性能以及抗菌性能

三个方面，分析了金属氧化物纳米材料在水处理中的应用，对比了不同金属氧化物对重金属离子以及有机污染物的的吸附容量。虽然大多数金属氧化物纳米材料毒性较低，但大量的金属氧化物纳米材料被投入到水处理当中，是否会影响到生态健康这一问题必须受到重视，还是要增加相关金属氧化物纳米材料的毒性研究，制备出更加完善的材料，真正做到可持续发展，还需要不断的探索与研究。

参考文献：

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[4]宋涛.多孔氮化硼负载金属氧化物纳米颗粒复合材料的合成及其在污水处理中的应用研究[D].河北：河北工业大学，2018.

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[6]刘爱荣，周文.石墨烯基金属氧化物纳米复合结构材料的制备及应用于水体中污染物的吸附研究进展[J].科学通报，2014，59(21)：2039-2054.

作者：张艳鹤

金属纳米材料论文 篇3：

具有核壳结构的金属有机框架纳米材料的研究进展

摘要：多组分无机纳米粒子(NPs)和金属有机框架(MOFs)的可控一体化，正在引领着多种新型多功能材料的形成.具有核壳结构的金属有机框架纳米粒子(NP@MOF)，综合了多组分无机纳米粒子和金属有机框架(MOFs)协同性质，NP@MOF材料的突出优点是：它的组成具有无限选择性、壳上孔径具有可调性、核壳具有多功能性，这种突出的独特功能使得人们争相洞察其未来发展.主要综述了具有核壳结构的多组分金属有机框架纳米粒子的制备方法和研究进展，最后介绍了其在多相催化、气体存储等方面的应用.

关键词：金属有机框架; 纳米材料; 制备; 应用

0 引 言

具有核壳结构的配合物纳米结构，是由多组分无机纳米粒子(NPs)和金属有机框架(MOFs)可控一体化而得到的纳米材料.这种将两种或多种功能性物质可控合成为前沿材料，而得到的具有复合性质和改善性能的复合材料极大的引起了科研工作者的关注.例如，核壳或类核壳的NP@MOF纳米结构，被科研工作者认为是获得无机纳米粒子(NPs)和金属有机框架(MOFs)协同性质，并进行多功能应用的最方便与高效的方法之一.一方面，小粒径无机纳米粒子具有高表面能，它的迁移与团聚会被MOF壳的包裹极大的限制，从而NP核的稳定性和化学活性得以保存[1].另一方面，NP核(独特的光、电、磁和催化性能)与MOF壳(结构弹性大、结晶孔有序、配位点多)的优点能被有效的结合，因此，单一组分材料不可能有的新物理、化学性质可由此获得[2].由于NP@MOF核壳纳米结构性质多样，结构独特，可以应用在气体储存与释放[3-6]、催化[6-11]、生物传感[12-13]、药物传输[14]、生物成像[15]、光学[16-18]等方面.

具有潜在应用的二或多组分NP@MOF核壳纳米材料的设计与组建，主要集中在双金属纳米核的选择与制备方面[19，24，27，29]，目前仍然处于起步阶段，只有少数研究成果报道出来.具有不同功能的纳米粒子，在纳米尺度内有着显著地强耦合效应，从而产生了不仅能提高内在性能而且在单组份NP核体系中没有的新功能.因此，对这种应用复合纳米粒子做NP@MOF纳米结构的核的纳米材料，将是一个重要的研究课题.同样，金属/金属氧化物@MOF核壳纳米结构也受到关注[10，20，28].

很明显，多组分无机纳米粒子(NPs)和金属有机框架(MOFs)的选择类型，决定了核壳纳米结构的性能及应用.本文作者主要综述了具有核壳结构的配合物纳米材料(NP@MOF)的合成工艺与进展，并介绍了这类材料在多相催化、气体存储方面的应用.

1 多组分NP@MOF材料的合成方法

任何复杂多组分材料的设计与构建，都要从最简单的材料开始.对NP@MOF核壳纳米结构来说，当前大多数都是基于单组分无机纳米粒子核，金属纳米粒子(NPs)[6-7]、金属氧化物纳米粒子(NPs)和纳米棒(NRs)等.从单组分纳米粒子核到二或多组分纳米粒子核的纳米结构的扩展合成，对前沿应用是非常耐人寻味的.一般来说，材料都是通过以下两大类方法合成：(1)NPs预先合成法：将预先合成的、稳定剂修饰过的纳米粒子(NPs)封装在MOFs层中[7-8，12，21-22];(2)MOFs模板法：以MOFs为模板，在其腔和通道中形成或嵌入小的裸露的纳米粒子(NPs)[3，6，7，23].其中，每一大类方法中有发展了很多不同的分支方法，下面就对这两大类方法进行阐述.

1.1 NPs预先合成法

将预先合成的、稳定剂修饰过的纳米粒子(NPs)封装在MOFs层中，得到多组分纳米粒子核的纳米结构.对这种方法的一个最大的挑战就是，怎样有效地阻止两种或多种纳米粒子的不可控聚集，从而使它们有序的分散在MOF中，同时也保留它们原有的性质.所以要先预先合成纳米粒子，然后用合适的表面活性剂、包覆剂甚至是离子进行表面修饰.修饰后的纳米粒子的流体动力学半径比MOFs材料更大，在制备过程中，这些修饰过的纳米粒子不会占据MOFs材料的孔道，而是被不断生长的MOFs材料包围，最后镶嵌在MOFs材料中.

1.1.1 简单混合法

在核为多种纳米粒子方面，Huo等人在室温下使用简单混合法，将分散性良好、容易合成并快速形成的ZIF8可控的封装了两种经聚乙烯吡咯烷酮(PVP)修饰过的纳米粒子，通过控制封装过程，控制复合材料中纳米粒子的空间分布(图1)[24]，得到了纳米粒子在MOFs材料分散性好、空间分布可控的复合材料.同时他们指出，经聚乙烯吡咯烷酮(PVP)修饰过的纳米粒子与配位聚合物的作用，会被自由PVP对配位聚合物的吸附抑制.并且，在用ZIF8封装后，纳米粒子的物理性质仍然保持良好.

1.1.2 分步装配法

在核为金属/金属氧化物材料方面，Ke等人在25℃条件下将巯基乙酸(MAA)官能化的Fe3O4纳米粒子轮流分散在醋酸铜(Cu(OAc)2)和1，3，5三羧酸苯(H3btc)的乙醇溶液中，通过一步步的装配，成功制备出Fe3O4@[Cu3(btc)2]核壳型磁性纳米微球(图2)[25].并指出通过选择不同金属离子和有机功能配体，调整封装过程，可以很容易地修改这些微球的组成与功能.由于MOFs壳的选择性和纳米粒子的磁响应的结合，磁性NP@MOF核壳纳米结构在催化、色谱分离和作为药物载体等方面具有很大的潜在应用.

1.2 MOFs模板法

以MOFs为模板，在其腔和通道中形成或嵌入小的裸露的纳米粒子(NPs)，得到多组分纳米粒子核的纳米结构.

1.2.1 微波辐射法

微波辐射法就是将MOFs和金属前驱体的混合物进行微波辐射，以得到多组分纳米粒子核的纳米结构.但到目前为止，关于微波辐射法的报导很少.ElShall等人通过使用微波辐照加热的方法，在还原剂的存在条件下，同时实现了金属有机框架MIL101孔的活化与金属前体M(NO3)2(M=Pd，Cu)的快速化学还原，在MIL101晶体孔内形成了2～3 nm的小粒径Pd、Cu和PdCu纳米粒子，而在MIL101晶体表面形成了4～6 nm的稍大粒径的纳米颗粒[26](图3).

1.2.2 连续沉降还原法

在多类型纳米粒子核方面，Jiang等人用通过连续沉降还原的方式合成了金银双金属的MOF材料Au@Ag/ZIF8.他们先将ZIF8 ((Zn(MeIM)2·(DMF)·(H2O)3)分散于甲醇中48 h，然后中空10 h，最后300℃真空2 h.处理好的ZIF8分散到甲醇中，将前驱体AgNO3/MeOH加入其中，反应1～2 h，最后将NaBH4 /MeOH加入，搅拌0.5 h，得到Ag/ZIF8.同样的处理方法，将HAuCl4前驱体加入其中，便可得到Au@Ag/ZIF8[27].该材料相较于单金属核的MOF材料和合金材料催化效率要更高.另外由于其具有表面等离子体共振效应，使其在光学上也有较好的应用前景.材料的合成机理及TEM如图4所示.

1.2.3 减压法

在核为金属/金属氧化物材料方面，Müller等人[28]以MOF5 (Zn4O(bdc)3)为模板，在减压条件下与二乙基锌((C2H5)2Zn)或四异丙氧基钛(Ti(OiPr)4)反应，得到复合材料前体@MOF5，在氧气流中(O2氩气中体积分数为4.5%)转换成MOx@MOF5材料(ZnO@MOF5和TiO2@MOF5).然后将得到的MOx@MOF5与ClAuCO反应得到[ClAuCO]/金属氧化物@MOF5材料，在费希尔波特瓶中将这些材料通过氢化转化成Au/MOx@MOF5(Au/ZnO@MOF5如图4和Au/TiO2@MOF5如图5)材料，这两种材料中Au含量分别为20%和15%.

1.2.4 简单液体浸渍法

Gu等人通过简单浸渍法，将双金属金(Au)、钯(Pd)纳米粒子成功地固定在金属有机骨架MIL101(MOFs)和接乙二胺(ED)的MIL101(EDMIL101)中，得到AuPd/MIL101和AuPd/EDMIL101复合材料[29].金钯纳米颗粒具有很强的双金属协同效应，与单金属金、钯的CO中毒相，这种材料具有更高的催化活性和较高的耐受性.

1.2.5 无溶剂两步合成法

Fischer课题组等人通过无溶剂两步合成法，使MOF5[Zn4O(BDC)3](BDC=1，4苯二甲酸)从气相中吸附异丙醇钛，得到[Ti(OiPr)4]a@MOF5前体物质，并对其进行干燥和氧化退火，最后在多孔配位聚合物MOF5中成功得到纳米级二氧化钛颗粒[TiO2]x@MOF5[30](图8).

大多数的多组分NP@MOF核壳纳米结构都可用上述两大类方法来合成.通过调节NMOFs、NPs、反应溶剂、pH值、温度、表面活性剂、模板分子、w值或其他常数就可得到一系列具有特定组成和形貌的多组分NP@MOF.目前有关单组分NP@MOFs的合成方法的报道较多，但是对多组分NP@MOF合成的报导及其生长机理和生长动力学研究还不是特别深入.对多组分NP@MOF的合成、生长机理和生长动力学的深入研究可以促进多组分NP@MOF作为一种在生物和医学应用具有前景性的复合纳米材料的发展.

2 多组分NP@MOF材料的应用

二或多组分NP@MOF核壳纳米结构的研究主要集中在双金属纳米核的选择与制备方面，由于其协同效应，催化活性比单组分纳米离子高得多.同样，金属/金属氧化物@MOF核壳纳米结构也受到关注.目前，这种材料主要被应用于气体储存与释放[3-6]和催化[6-11]等方面.

例如研究发现Cu/ZnO@MOF5核壳结构对甲醇的初始催化率比Cu @MOF5还要高，而催化剂Cu @MOF5的最大工业参考值约为60%.它们的高催化活性与Cu @MOF5样品(13.8 wt% Cu; 65 m2·g-1·Cu)相比，具有相对低的Cu负载(1.4 wt%)和低比表面积(低于1m2·g-1)，这表明在Cu/ZnO@MOF5核壳结构中Cu和ZnO纳米粒子具有很有效的界面接触[10，20].然而，重复催化循环之后，MOF5中的Cu和ZnO纳米粒子会产生熔结，MOF5框架也会坍塌，导致最终催化活性非常低[10].因此，为实现这些材料的潜在应用我们还有很长的路要走.

Gu等人[29]通过简单浸渍法得到的AuPd/EDMIL101复合材料作为金属催化剂，在催化甲酸转化为氢进行化学储氢方面表现出特别高的活性(图9).

Ag/NiMOF[31]被用于催化多聚甲醛、二乙胺和苯乙炔三组分偶联反应，在优化的反应条件下使得相应产品具有95%的收率.另一方面，无论是芳香族醛类(苯甲醛)或支链脂族醛(异丁醛)都得不到任何反应产物，这强有力地说明在NiMOF中对反应底物形状具有选择性.大的烷基或带有芳基的炔的存在，也会抑制反应.为解决这一问题，还需要进一步的研究.

3 结论和未来展望

将各种无机纳米粒子封装到MOFs中得到新型NP@MOF核壳结构材料并开发其功能，这个领域将会吸引更多的关注.目前有关单组分NP@MOFs的合成方法的报道较多，但是对多组分NP@MOF合成的报导及其生长机理和生长动力学研究还不是特别深入.从以上叙述中可以看出，这种新型核壳纳米结构材料不仅提供了重要机遇，而且对很多研究领域提出了重大挑战.第一，尽管NP@MOF核壳纳米结构已被广泛认可，但它的多功能应用亟待开发.如果将催化剂纳米粒子和MOF结合，得到的 NP@MOF核壳纳米结构将会在催化应用中大显身手，特别是需要高催化活性和选择性催化剂的催化级联反应.同样在生物医学领域，NP@MOF核壳纳米结构有望作为下一代治疗诊断探针，因为无机纳米粒子核与MOF壳能分别用于光学成像和药物传送;第二，良好修饰NP@MOF核壳纳米结构的一般制备方法的发展已经很成熟.如今的合成难题是在溶液中由于NP和MOF材料间晶格失配，会造成MOF晶体自成核.因此，未来的主要研究主题是怎样实现MOFs在纳米粒子表面的可控生长，并保持纳米粒子的尺寸、形貌和分散性;第三，NP@MOF核壳纳米结构的性质需要深入研究.例如，能否通过纳米粒子核有效的构造MOF层手性孔，从而丰富性能实现对对映体物质的手性催化，能否将半导体纳米粒子和MOFs有序的结合得到核壳纳米结构，将光生电子和空穴分开实现光催化制氢;第四，拓展研究核壳纳米结构中NPs和MOFs的类型和排列.迄今为止，大部分NP@MOF核壳纳米结构中的核都是无机纳米粒子，尽管基于有机纳米粒子核的材料在设备和生物学方面有很多应用，但是几乎没有成功合成事例.而且，合成的核壳纳米结构大多数都是固体的，其他有特色的核壳结构也值得研究，比如蛋黄壳或多层空纳米球.

目前，一些无机甚至聚合物纳米粒子已被引入MOF体系中用以应用在广泛领域中，比如有独特功能的单组份NP@MOF纳米架构，如用于光致发光的量子点@MOF[24]，用于催化的金属络合物@MOFs[11-12]，用于气体存储/分离的碳纳米管@MOFs[4]，用于存储氢气的金属氢化物@MOFs[5]和用于光学中混合光子膜的聚苯乙烯@MOFs[32].所有这些结果都凸显了，无机纳米粒子核的无限选择性和MOF壳对功能操作和进一步应用，提供的无限可能性，从而在纳米尺度内，它能够前所未有的材料利用机遇.

参考文献：

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Key words：metalorganic frameworks; nanomaterials; fabrication; application

(责任编辑：郁慧)

作者：张红卫　孔斌　周治国　杨仕平