负载金纳米颗粒的UIO-66-NH₂复合材料的合成及其性能研究

摘要

金属有机框架材料（Metal-Organic Frameworks, MOFs）由于其高比表面积、可调节孔径和丰富的功能位点，近年来在催化、传感、药物传递等领域受到广泛关注。本文以功能化MOF材料UIO-66-NH₂为载体，通过原位还原法负载金纳米颗粒（Au NPs），制备了Au@UIO-66-NH₂复合材料。该复合材料不仅保持了MOF的多孔结构和热稳定性，还赋予了良好的金属催化活性，展示了其在多相催化与生物检测领域的广阔应用前景。

1. 引言

UIO-66-NH₂是一种基于Zr⁴⁺与2-氨基对苯二甲酸（2-aminoterephthalic acid, NH₂-BDC）配体构筑的稳定MOF材料，具有良好的热化学稳定性及官能化潜力。其骨架中的氨基官能团不仅增强了对金属前驱体的配位能力，也为后续的表面修饰提供了反应位点。

金纳米颗粒（Au NPs）因其优异的催化性能和局域表面等离子体共振（LSPR）效应，在有机合成、光热治疗和表面增强拉曼光谱（SERS）等方面具有重要应用。然而，Au NPs易于团聚，导致活性降低。将Au NPs负载于MOF骨架中，是提升其分散性与稳定性的重要策略。

2. 材料合成

2.1 UIO-66-NH₂的制备

UIO-66-NH₂通常通过溶剂热法合成。以ZrCl₄为金属源，NH₂-BDC为有机配体，在DMF（N,N-二甲基甲酰胺）中加入适量调节剂（如醋酸）并于120°C反应24小时，获得黄色微晶产品，离心洗涤并真空干燥后备用。

2.2 Au@UIO-66-NH₂的合成

将合成的UIO-66-NH₂分散于去离子水中，加入HAuCl₄溶液，在搅拌条件下使金前驱体通过配位结合进入MOF孔道。随后滴加NaBH₄或柠檬酸钠还原剂，实现Au³⁺原位还原为Au⁰纳米颗粒。终通过离心、洗涤、干燥得到负载金纳米颗粒的复合材料。

3. 材料表征

XRD分析显示，Au@UIO-66-NH₂的衍射峰位置与纯UIO-66-NH₂相一致，说明其晶体结构未被破坏。同时，出现金属金特征峰（2θ ≈ 38.2°、44.4°），证实Au NPs的成功负载。

TEM表征结果表明，金纳米颗粒在MOF表面均匀分散，粒径多在2–5 nm之间，未发生明显团聚。

XPS分析揭示了Au⁰的存在，进一步确认了金的化学状态。

BET比表面积测试显示，尽管表面积略有下降（由约1100 m²/g降至800 m²/g），但仍保留较高孔隙度。

4. 应用性能研究

4.1 催化性能

Au@UIO-66-NH₂在对硝基苯酚还原（4-NP → 4-AP）反应中表现出优异的催化活性。实验表明，该催化剂具有较低的起始活化能和快速的转化率，反应遵循拟一级动力学模型，k_app 显著高于未负载Au的UIO-66-NH₂。

4.2 稳定性与重复使用性

该复合材料在多次循环使用后催化性能保持良好，XRD与TEM未见明显结构劣化，说明其具有良好的结构稳定性和*团聚能力。

5. 结论

本文成功构建了Au@UIO-66-NH₂复合催化材料，通过金前驱体在MOF骨架中的原位还原实现了高分散金纳米颗粒的稳定负载。该材料兼具MOF的多孔结构与金属金的高活性，展现出优异的催化性能和稳定性，在绿色催化、传感器开发、生物分析等领域具有广阔的应用潜力。

关键词

金属有机框架（MOF）、UIO-66-NH₂、金纳米颗粒、异相催化、4-硝基苯酚还原、纳米复合材料

厂家:西安齐岳生物科技有限公司

用途:科研

温馨提醒:仅供科研，不能用于人体实验!