CN113737178A - 一种钛酸盐表面原位构建金属有机框架纳米颗粒的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物植入材料表面改性领域，具体涉及一种钛酸盐表面原位构建金属有机框架纳米颗粒的方法。通过对钛合金进行碱热处理，在其表面形成具有特殊形貌的钛酸盐结构；在此基础上，利用钛酸盐具有层间阳离子负载能力将Zn2+离子吸附在钛酸盐中，在其表面滴加2‑甲基咪唑配体且提供金属有机框架纳米颗粒的生长环境，通过调控溶剂及配体浓度，在钛酸盐纤维上原位可控生长金属有机框架纳米颗粒，该方法制备的金属有机框架纳米颗粒紧密包裹在钛酸盐纤维上，且保留了钛酸盐原本的纳米纤维结构，还可丰富钛酸盐的纳米结构形貌，金属有机框架纳米颗粒和钛酸盐结构的大比表面积可作为两种不同体系的负载平台，实现智能载药功能。

Description

一种钛酸盐表面原位构建金属有机框架纳米颗粒的方法
技术领域
本发明属于生物植入材料表面改性领域，具体涉及一种钛酸盐表面原位构建金属有机框架纳米颗粒的方法。
背景技术
金属植入体材料已被广泛用于各种硬组织相关疾病的治疗，但金属植入体表面的骨整合和抗菌能力不足，往往导致临床植入手术失败。表面改性能够在保持金属材料优异力学性能的同时，针对性地改善其表面特性，目前被泛用于解决金属植入体存在的骨整合能力差和缺乏抗菌性能等问题。钛及其合金具有和人体自然骨较为接近的弹性模量，目前在临床上应用最为广泛。然而，目前临床使用的金属材料为生物惰性材料，其表面不能主动诱导新骨的形成，导致在植入体和骨组织之间形成纤维囊包，降低骨和植入体的界面结合强度，从而引起植入体的早期失效。此外，金属生物材料的耐腐蚀性也不够理想，在人体中会释放有害金属离子，导致炎症和致敏反应，影响植入体材料的长期安全性。因此，在保证金属材料机械性能的前提下，采用适宜的表面改性技术和策略是提高植入体综合性能的有效手段，有必要赋予植入体一定的成骨活性，保证植入体的长久稳定性。
目前，碱热处理作为一种常见的表面方法，通过碱热处理在钛合金表面获得一层纳米钛酸盐结构。钛酸盐作为一种层状结构材料，其表面拥有丰富的化学性质，且钛酸盐表面拥有大比表面积可进行药物负载及释放，其独特的纳米结构和表面粗糙度可以为其提供良好的生物活性。
金属-有机骨架(MOF)是一类新型的高度可调的杂化材料，由金属连接点和有机桥联配体组成。它们通常是在温和的条件下通过配位导向的自组装过程合成的，也被称为配位聚合物或配位网络。MOF以其大孔隙率和可调节的孔径、形状和功能而闻名，其表面有丰富的活性位点可供表面改性。
发明内容
本发明的目的是提供一种钛酸盐表面原位可控生长金属有机框架纳米颗粒的方法，其技术方案是以预处理的钛合金或纯钛为基底，利用碱热处理获得纳米钛酸盐结构，通过阳离子交换将锌离子交换到钛酸盐层间，利用锌离子与2- 甲基咪唑之间配位结合，在钛酸盐表面滴加2-甲基咪唑甲醇溶液进行ZIF-8颗粒的原位生长。其中，钛酸盐纤维作为“树枝”，钛酸盐层间负载的Zn2+作为“种子”，滴加的2-甲基咪唑和无水甲醇分别作为“养分”和“水”，最终在钛酸盐纤维上长出“ZIF-8颗粒果实”。该方法制备的ZIF-8颗粒原位生长在钛酸盐纳米纤维上，与钛酸盐结合紧密，同时保留了钛酸盐原本的结构，实现了ZIF-8颗粒与钛酸盐纳米结构共存。同时，利用ZIF-8颗粒的大比表面积，实现ZIF-8颗粒与钛酸盐结构两种不同体系的载药，其中钛酸盐与ZIF-8颗粒对不同类型药物的负载及释放能力不同，从而可达到不同体系药物的智能可控释放。
本发明技术方案，经过三个步骤实现。
(1)钛酸盐纳米结构制备：
通过酸洗获得表面干净的钛合金或纯钛基底，再将钛合金或纯钛置于100ml 的特氟龙内衬中，加入NaOH水溶液，水热釜的填充度为50％。将特氟龙内衬放入反应釜中固定，将反应釜放入烘箱中进行碱热处理，然后取出，将钛合金分别用无水乙醇和去离子水超声清洗，将钛合金烘干得到钛酸盐纳米结构 (Titanium alloy，TN)
其中，基底使用前采用混合酸清洗处理，去离子水超声清洗；
钛合金酸洗所用酸为混合酸(体积比为HF：HNO3：去离子水＝3：2：10) 稀释15倍。钛合金基底直径为15mm的圆片，清洗时间为2min；
氢氧化钠浓度为0.1-10mol/L，碱热处理温度为100-230℃，碱热处理时间为1h-12h；
氢氧化钠浓度优选为：5mol/L，碱热处理温度优选为：180℃，碱热处理时间优选为：3h；
(2)阳离子交换
将步骤(1)制备的钛酸盐浸泡在含有锌离子的水溶液中，静置后取出，用去离子水冲洗30s，吹风机吹干。获得具有锌离子掺入的钛酸盐结构(Titanium alloy-titanate-Zinc，TN-Zn)。
其中，含有Zn2+的溶液包括硝酸锌水溶液、醋酸锌水溶液或氯化锌水溶液，锌离子溶液浓度为0.1-2mol/L，浸泡交换时间为1-24h；
含有Zn2+的溶液优选0.5mol/L的硝酸锌水溶液，浸泡时间优选为24h。
(3)原位生长ZIF-8颗粒
将步骤(2)制备的TN-Zn放入24孔板中，往钛合金中心位置缓慢滴加2-甲基咪唑溶液，使溶液完全铺展开钛合金基底表面，盖上孔板盖，静置2h后，缓慢滴加无水甲醇，再次静置2h后滴加无水甲醇，此步骤重复两次。2h后用去离子水冲洗钛合金基底30s，吹干后得到钛酸盐MOF(Titanium alloy-titanate-ZIF-8， TN-ZIF-8)。
其中，2-甲基咪唑溶液的浓度为10-100g/L，溶剂包括：去离子水、甲醇、乙醇、甲醇及氨水混合溶液。
优选为：在钛酸盐/Zn2+涂层上滴加50μl浓度为50mg/ml的2-甲基咪唑甲醇溶液，2h后滴加无水甲醇50μl提供反应环境，滴加2次后用去离子水冲洗涂层。
本发明的植入体涂层制备工艺简单，经济效益高。
本发明的优点：
(1)在钛合金表面构建纳米钛酸盐结构，改善其表面亲疏水性和表面粗糙度，改善其表面生物活性。
(2)在钛酸盐表面引入Zn2+，离子的释放会增强钛合金生物活性和抗菌性。
(3)该方法制的ZIF-8颗粒是由钛酸盐纤维上“长”出来，原位生成的ZIF-8 颗粒包裹在钛酸盐纳米纤维上，可通过调控溶剂及配体浓度等参数，调控ZIF-8 颗粒的密度和粒径大小。
(4)钛酸盐表面引入的ZIF-8颗粒可对植入体体系的负载能力进一步优化，起到钛酸盐与ZIF-8颗粒负载不同药物的功能。
(5)ZIF-8颗粒与钛酸盐对负载药物的释放速率不同，且ZIF-8在微酸环境下会结构破坏，进而可调控在不同时间段及不同微环境下智能释放药物。
下面结合附图说明和具体实施案例对本发明进一步详细说明。
附图说明：
图1为实施例1中TN-ZIF-8表面SEM图；
图2为：a为对比例1；b为对比例2，c为实施例2，d为实施例3，e为实施例4，f为实施例5，g为实施例6，h为实施例7，i为实施例8，中TN-ZIF-8 表面SEM图；
图3为实施例1中的TN-ZIF-8与对比例1TN-Zn及TN的XPS总谱图；
图4为实施例1中TN-ZIF-8的N1s的XPS分峰图谱；
图5为实施例1中TN-ZIF-8的ATR-FTIR谱图；
图6为实施例1TN-ZIF-8与对比例1TN-Zn的锌离子释放量图；
图7为实施例1中的TN-ZIF-8与对比例1TN-Zn对FITC模型药物的负载能力；
图8为实施例1中的TN-ZIF-8与对比例1TN-Zn及TN在5天内的增殖图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
(1)碱热处理制备纳米钛酸盐结构
本次使用的基体是Ti-6Al-4V钛合金。准备了规格为15mm×15mm×0.5mm 的Ti-6Al-4V钛合金基体。将钛合金基体放入容量为30ml的聚四氟乙烯皿中，用稀释15倍后的混合酸(体积比为HF:HNO3:去离子水＝3：2：10)浸泡钛合金 2min，随后用去离子水冲洗，再将其置于去离子水中，进行超声清洗5min以去除钛合金基底的杂质与油污。超声完成后，用吹风机将清洗完毕的钛合金基底吹干，放入容量为100ml的特氟龙内衬中，根据钛合金基体以及特氟龙大小，每个特氟龙内衬中无堆叠放入7个清洗后的钛合金基体，标记正反面，正面朝上。
配置浓度为5M的NaOH水溶液，缓慢加入装有钛合金的特氟龙内衬中，每个内衬加入50ml所配置的NaOH水溶液，盖上内衬盖子，将内衬放入反应釜中，拧紧反应釜。将反应釜放入提前调好温度为180℃的烘箱中，关闭烘箱门，等其温度重新达到180℃时开始计时，反应3h后取出反应釜等其自然冷却。4h后取出反应釜中的钛合金样品对其进行清洗，分别用无水乙醇和去离子水各超声5 min，用吹风机吹干清洗后的样品即所得具有钛酸盐结构的钛合金基体 (Titanium alloy-titanate，TN)。
(2)阳离子层间交换
配置浓度为0.5M的Zn(NO3)2·6H2O水溶液作为阳离子交换母液，将第一步所制备的具有钛酸盐结构的钛合金置于聚四氟乙烯皿中，加入配置的0.5M的 Zn(NO3)2·6H2O水溶液没过钛合金基体，在室温下静置24h进行Zn2+交换。24h 后取出钛合金基体用去离子水冲洗表面30s，去除表面附着的多余的 Zn(NO3)2·6H2O水溶液，得到含有Zn2+掺入钛酸盐层间的钛合金基体(Titanium alloy-titanate-Zinc，TN-Zn)
(3)钛酸盐层间原位生长ZIF-8纳米颗粒
配置ZIF-8生长所需要的有机配体2-甲基咪唑(2-MI)甲醇溶液，选择2-MI 浓度为50mg/ml甲醇溶液。将第二步制备的样品TN-Zn置于12孔板中，用100 μl量程的移液枪取50μl 2-MI甲醇溶液，缓慢滴加在TN-Zn基体中央位置，使其均匀铺展在整个基体表面，同时保证ZIF-8生长反应过程仅限于基体表面，盖上孔板盖，使其反应自发的在室温下进行，2h后再次滴加甲醇溶液，具体步骤参考第一次滴加过程，重复两次。整个反应过程滴加2次甲醇溶液，每次间隔2h。最后一次滴加甲醇溶液之后2h，用清水清洗基体，吹风机吹干，所得样品即ZIF-8原位生长在钛酸盐层间的钛合金(Titanium alloy-titanate-ZIF-8，TN-ZIF-8)基体。然后对清洁后的TN-ZIF-8进行表征。
实施例2
(1)钛酸盐制备同实施例1；
(2)阳离子交换过程中钛酸盐浸泡进行离子交换时间更改为1h，其他参数及步骤同实施例1；
(3)钛酸盐层间原位生长ZIF-8纳米颗粒同实施例1。
结果如图2c所示，改变阳离子交换时间仍可制备出原位生长的ZIF-8颗粒。
实施例3
(1)钛酸盐制备同实施例1；
(2)阳离子交换过程中六水硝酸锌的浓度由0.5M变为0.1M，其他参数及步骤同实施例1；
(3)钛酸盐层间原位生长ZIF-8纳米颗粒同实施例1。
结果如图2d所示，减小阳离子交换液的浓度仍可制备出原位生长的ZIF-8 颗粒。
实施例4
(1)钛酸盐制备同实施例1；
(2)阳离子交换过程中六水硝酸锌的浓度由0.5M变为1M，其他参数及步骤同实施例1；
(3)钛酸盐层间原位生长ZIF-8纳米颗粒同实施例1。
结果如图2e所示，增加阳离子交换液的浓度仍可制备出原位生长的ZIF-8 颗粒。
实施例5
(1)钛酸盐制备同实施例1；
(2)阳离子交换同实施例1；
(3)钛酸盐层间原位生长ZIF-8纳米颗粒过程中，滴加无水甲醇的次数由 2次变为1次，其他参数及步骤与实施例1相同。
结果如图2f所示，该方法制备出的ZIF-8颗粒分布稀疏，整体数量较少。
实施例6
(1)钛酸盐制备同实施例1；
(2)阳离子交换同实施例1；
(3)钛酸盐层间原位生长ZIF-8纳米颗粒过程中，滴加无水甲醇的次数由 2次变为4次，其他参数及步骤与实施例1相同。
结果如图2g所示，该方法制备出的ZIF-8颗粒分布密集，相互接触，且部分颗粒有一定程度变形。
实施例7
(1)钛酸盐制备同实施例1；
(2)阳离子交换同实施例1；
(3)钛酸盐层间原位生长ZIF-8纳米颗粒过程中，不再单独滴加无水甲醇提供反应环境，换为滴加两次2-MI甲醇溶液，其他参数及步骤与实施例1相同。结果如图2h所示，该方法制备出的ZIF-8颗粒分布均匀，粒度大小为230±20nm (ImageJ测量)。
实施例8
(1)钛酸盐制备同实施例1；
(2)阳离子交换同实施例1；
(3)钛酸盐层间原位生长ZIF-8纳米颗粒过程中，(甲醇：氨水＝3:2)的溶剂替换实施例1中的无水甲醇溶剂，其他参数及步骤同实施例1。
结果如图2i所示，该方法制备了较多的立方体ZIF-8颗粒，分布密集且有较多的圆形小球密集堆积在钛酸盐及ZIF-8颗粒上。
对比例1
(1)钛酸盐制备同实施例1；
(2)阳离子交换同实施例1；
制备步骤，水热参数，离子交换浓度同实施例1中的参数。
结果如图2a所示，钛酸盐在进行锌离子交换之后并无形貌上的变化。
对比例2
(1)钛酸盐制备同实施例1；
(2)称取六水合硝酸锌0.11g和2-甲基咪唑2.27g，将称好的试剂溶解在40mL去离子水中，轻轻搅拌20min，得到乳状液体，然后将溶液转移到水平放置有钛酸盐的聚四氟乙烯高压釜中，在37℃中加热6h，6h后取出样品，及得到有ZIF-8微米颗粒沉积的钛酸盐涂层。
结果如图2b所示，该方法制备出微米级别的ZIF-8颗粒，且硝酸锌与2- 甲基咪唑形成的片状副产物覆盖了原本的钛酸盐结构。
对比例3
(1)钛酸盐制备同实施例1；
(2)阳离子交换同实施例1；
(3)钛酸盐层间原位生长ZIF-8纳米颗粒过程中，将滴加反应液2-MI甲醇溶液的方式换为浸泡法，即将TN-Zn基体浸泡在浓度为50mg/ml的2-MI甲醇溶液中，浸泡时间为8h。浸泡完成后取出样品进行SEM表征。
该方法制备的样品无ZIF-8颗粒生成。
实施例9
(1)样品的形貌观察：
对样品喷金后，采用场发射扫描电镜(FE-SEM，德国ZEISS，SUPRA55)观察基体的表面形貌，其表面形貌如图1及图2所示。
(2)样品的X射线光电子能谱(XPS)测试：
样品用导电胶固定，采用Thermo SCIENTFIC K-Alpha对样品表面进行XPS 测试，结合能参照248.8eV的C1s线为外碳源。对比例1TN-Zn的结果显示相较于TN多出了Zn元素，这是Zn2+替换了钛酸盐层间结构中的Na+，实施例1 TN-ZIF-8较TN-Zn多出了N元素，这是Zn离子与2-甲基咪唑结合所形成的ZIF-8 引入的N元素(图3)。TN-ZIF-8样品中高分辨的N1s(图4)分别在339.6ev， 400.73eV及401.33eV拥有分峰，这对应ZIF-8中的–NH-,N-Zn以及去质子化的-N＝+，这也进一步证明了在钛酸盐表面的纳米颗粒为ZIF-8。
(3)傅里叶变换衰减全反射红外光谱法(ATR-FTIR)测试：
使用傅里叶红外变换光谱仪(NICOLET IS 10)对实施例1TN-ZIF-8进行 ATR-FTIR测试，得到红外光谱图如图5所示，在1623cm-1处拥有钛酸盐纳米管的水分子振动峰H-O-H，1428cm-1，1310cm-1，1054cm-1及750cm-1处的振动峰分别对应ZIF-8的特征峰C＝C,C-N,C-H。这进一步表明在钛酸盐结构表面纳米颗粒是原位生长的ZIF-8颗粒。
(4)样品的Zn2+离子释放实验：
将对比例1与实施例1所制备的TN-Zn及TN-ZIF-8置于24孔板中，加入 PBS缓冲液1ml，放入37℃孵育箱中进行Zn2+释放，分别在1，3,5d取出孔板中的PBS缓冲液并加入1ml新鲜的PBS缓冲液。将收集的PBS液体通过0.22μm 的过滤膜，并通过电感耦合等离子发射光谱仪(PerkinElmer/OPTIMA 7000DV) 进行Zn2+离子浓度测试，结果如图6所示，TN-Zn在交换Zn2+离子之后，交换后的Zn2+会在PBS缓冲液环境中进行释放，第一天释放量最多，释放浓度为5.55 ppm，在2-3天及4-5天内释放量有所下降，分别为2.21ppm和1.76ppm。相比之下，TN-ZIF-8由于ZIF-8颗粒形成消耗钛酸盐体系中的Zn2+,其在PBS缓冲液中Zn2+的释放量也随之下降，在1d，2-3d和4-5天的Zn2+释放量分别为2.80， 2.69和0.65ppm。5天内TN-Zn及TN-ZIF-8的释放总量分别为9.52和6.14ppm。
(5)样品负载模型药物实验
将实施例1，对比例1中制备的样品TN-ZIF-8，TN-Zn置于24孔板中，将配置好的模型药物异硫氰酸荧光素(FITC)往样品上滴加50μl，重复两次。用清水冲洗样品，吹干后置于正置显微镜下观察，如图7所示，可以看到实施例1的TN-ZIF-8在490nm激发光的激发下发出绿色荧光，而对比例1的TN-Zn 观察不到任何荧光，这证明FITC模型药物被钛酸盐上形成的ZIF-8颗粒吸附包裹，而无法保留在单纯的钛酸盐结构中。
(6)样品的细胞增殖实验：
将样品TN,对比例1TN-Zn及实施例1TN-ZIF-8放入高压锅中进行灭菌后置入24孔板中，往样品上以2×104cell/孔的密度接种hBMSCs细胞，并在Co2培养箱37℃下培养，选取接种材料后的1,3,5,7d时间点进行样品的增殖情况 cck-8测试，移除原培养液，往每孔中加入500μl的CCK-8培养基后在培养箱中孵育2h，之后收集CCK-8与样品的共培养液转移至96孔板中，用酶标仪在 450nm下测量其吸光度。每个样品设置三个平行样。从图8可以看出，相较于 TN与TN-Zn样品，TN-ZIF-8拥有良好的生物活性并可以促进细胞增殖，TN-Zn 表现出较大的细胞毒性归因于其Zn2+的过多释放。最终我们制备出的TN-ZIF-8 在保留TN表面纳米拓扑结构的同时还拥有良好的生物相容性。

Claims (10)

1.一种钛酸盐表面原位构建金属有机框架纳米颗粒的方法，其特征在于，所述方法步骤如下：
(1)将经过清洗处理的钛合金置于特氟龙内衬中，加入NaOH水溶液，进行碱热处理，在钛合金表面制备出钛酸盐纳米结构；
(2)将步骤(1)制备的钛酸盐浸泡在含有锌离子的水溶液中，静置后取出，用去离子水冲洗30s，吹风机吹干，获得具有锌离子掺入的钛酸盐结构；
(3)在步骤(2)制备的钛酸盐/Zn2+上滴加配体2-甲基咪唑甲醇溶液，另加溶剂无水甲醇提供反应环境，制得钛酸盐/ZIF-8纳米结构。
2.如权利要求1所述的钛酸盐表面原位构建金属有机框架纳米颗粒的方法，其特征在于：步骤(1)所述的碱热处理所用基体亦可以是纯钛；钛合金或纯钛使用前采用混合酸清洗处理，去离子水超声清洗。
3.如权利要求2所述的钛酸盐表面原位构建金属有机框架纳米颗粒的方法，其特征在于：清洗采用的混合酸的体积比为HF:HNO3:去离子水＝3：2：10，稀释15倍的混合酸浸泡钛合金时间为2min，随后用去离子水清洗并将清洗后的钛合金浸泡在去离子水中超声清洗5min。
4.如权利要求1所述的钛酸盐表面原位构建金属有机框架纳米颗粒的方法，其特征在于：氢氧化钠浓度为0.1-10mol/L，碱热处理温度为100-230℃，碱热处理时间为1h-12h。
5.如权利要求4所述的钛酸盐表面原位构建金属有机框架纳米颗粒的方法，其特征在于：所述的氢氧化钠浓度为：5mol/L，碱热处理温度为：180，碱热处理时间为：3h。
6.如权利要求1所述的钛酸盐表面原位构建金属有机框架纳米颗粒的方法，其特征在于：步骤(2)所述含有锌离子的水溶液包括硝酸锌水溶液、醋酸锌水溶液、氯化锌水溶液，锌离子溶液浓度为0.1-2mol/L，浸泡交换时间为1-24h。
7.如权利要求6所述的钛酸盐表面原位构建金属有机框架纳米颗粒的方法，其特征在于：锌离子溶液选用0.5mol/L的硝酸锌水溶液，浸泡时间为24h。
8.如权利要求1所述的钛酸盐表面原位构建金属有机框架纳米颗粒的方法，其特征在于：步骤(3)所述2-甲基咪唑配体的浓度为10-100g/L，溶剂包括：去离子水、甲醇溶液、乙醇溶液、甲醇及氨水混合溶液。
9.如权利要求8所述的钛酸盐表面原位构建金属有机框架纳米颗粒的方法，其特征在于：2-甲基咪唑溶液选用甲醇作为溶剂，其浓度为50mg/ml。
10.如权利要求1所述的钛酸盐表面原位构建金属有机框架纳米颗粒的方法，其特征在于：步骤(3)在钛酸盐/Zn2+涂层上滴加50μl的2-甲基咪唑甲醇溶液，2h后滴加无水甲醇50μl提供反应环境，重复滴加2次污水甲醇后用去离子水冲洗涂层，获得钛酸盐/ZIF-8涂层。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114191610A (zh) * 2021-12-24 2022-03-18 华中科技大学 一种镁基多功能复合活性涂层及制备方法与应用
CN114344572A (zh) * 2022-01-06 2022-04-15 北京科技大学 一种Zn-xLi合金表面MOF涂层的制备方法与应用
CN116173950A (zh) * 2023-03-09 2023-05-30 华南理工大学 一种负载金纳米颗粒的钛酸锌/二氧化钛复合材料的制备方法及其应用
CN117180522A (zh) * 2023-09-13 2023-12-08 浙江大学 一种zif-8涂层改性的锌基底植入物及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105879919A (zh) * 2016-04-26 2016-08-24 福州大学 Au/ZIF-8-TiO2催化剂及其制备方法与应用
CN111068788A (zh) * 2019-12-30 2020-04-28 苏州大学 TiO2纳米复合光催化剂及其制备方法与应用
CN111926562A (zh) * 2020-07-08 2020-11-13 武汉纺织大学 一种ZIF-8复合TiO2的功能织物及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105879919A (zh) * 2016-04-26 2016-08-24 福州大学 Au/ZIF-8-TiO2催化剂及其制备方法与应用
CN111068788A (zh) * 2019-12-30 2020-04-28 苏州大学 TiO2纳米复合光催化剂及其制备方法与应用
CN111926562A (zh) * 2020-07-08 2020-11-13 武汉纺织大学 一种ZIF-8复合TiO2的功能织物及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TAYBEH FARAHMAND等: "ZIF@ZnTiO3 Nanocomposite as Reusable Organocatalyst for the Synthesis of 3, 4-dihydropyrano[c]chromene Derivatives", 《CURRENT ORGANOCATALYSIS》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114191610A (zh) * 2021-12-24 2022-03-18 华中科技大学 一种镁基多功能复合活性涂层及制备方法与应用
CN114344572A (zh) * 2022-01-06 2022-04-15 北京科技大学 一种Zn-xLi合金表面MOF涂层的制备方法与应用
CN116173950A (zh) * 2023-03-09 2023-05-30 华南理工大学 一种负载金纳米颗粒的钛酸锌/二氧化钛复合材料的制备方法及其应用
CN117180522A (zh) * 2023-09-13 2023-12-08 浙江大学 一种zif-8涂层改性的锌基底植入物及其制备方法

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