酰胺基修饰金属有机框架材料的构筑及储气性能研究

摘要

金属有机框架材料（Metal-Organic Frameworks，MOFs），是一种有机-无机杂化材料，它既不同于传统的无机多孔材料，也不同于一般的有机配合物。MOFs不仅具有极大的比表面积、孔体积，而且可以通过修饰有机或无机部分调整其孔道、结构和性质，这些特点使得MOFs在气体储存和吸附分离方面具有极大的应用前景。日前，CO2作为化石燃料燃烧排放的主要气体，也是温室气体的主要成分亟待解决，因此研发出高CO2吸附性能的MOFs意义重大。 本论文设计并合成了三个不对称的、经过酰胺基修饰的多齿羧酸配体H4L、H6L1、H6L2。在一定的条件下利用含酰胺的四羧酸配体 H4L 与浆轮状[Cu2(COO)4]次级结构单元进行自组装得到了NbO-拓扑类型、非穿插的金属有机框架材料 HNUST-10 (HNUST=Hunan University of Science and Technology)；H6L1，H6L2分别是在相同结构中插入一个酰胺和两个酰胺的六羧酸配体，将它们分别与[Cu2(COO)4] 浆轮状次级构筑单元自组装成功得到了两个rht-拓扑类型、非穿插的金属有机框架材料HNUST-11和HNUST-12。并且对这三个 MOFs 的结构及其储气性能进行了表征与研究。这三个金属有机框架材料在去除客体分子后均能保持原来的骨架结构，并且都具有较大的 BET 比表面积。通过对比HNUST-11和HNUST-12我们发现，HNUST-11和HNUST-12具有相同的拓扑结构，HNUST-12具有比HNUST-11更大的孔径和比表面积，但在相同条件下HNUST-12却表现出比 HNUST-11 更大的 CO2吸附量、更高 CO2的吸附焓以及更好的 CO2/N2、CO2/CH4气体吸附选择性。 说明在金属有机框架材料的骨架结构中插入桥连的极性酰胺基团不但能使材料保持高的比表面积和大的孔体积，而且还能较大地提高材料对CO2的吸附性能以及对混合气体的选择性。本论文不仅对合成高比表面积的金属有机框架材料有一定参考意义，并且为合成混合气体吸附分离的金属有机框架材料材料提供了一定思路。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 金属有机框架材料的研究背景

1.1.1 金属有机框架材料的发展

1.1.2 金属有机框架材料的特性和优势

1.2 金属有机框架材料的设计与合成

1.2.1 设计策略

1.2.2 合成方法

1.3 金属有机框架材料的主要应用

1.3.1 气体储存

1.3.2 吸附分离

1.3.3 催化

1.3.4 荧光材料

1.3.5 生物医药

1.4 本论文的选题目的与意义

第2章 金属有机框架材料的合成、表征与结构

2.1 实验仪器与单晶结构测试

2.1.1 实验仪器

2.1.2 结构测定方法

2.2 HNUST-10的合成、表征与结构

2.2.1 HNUST-10的合成与活化

2.2.2 HNUST-10的有关结构表征及分析讨论

2.2.3 HNUST-10的晶体结构

2.3 HNUST-12的合成、表征与结构

2.3.1 HNUST-12的合成与活化

2.3.2 HNUST-12的有关结构表征及分析讨论

2.3.3 HNUST-12的晶体结构

2.4 HNUST-11的合成、表征与结构

2.4.1 HNUST-11的合成与活化

2.4.2 HNUST-11的有关结构表征及分析讨论

2.4.3 HNUST-11的晶体结构

2.5 本章小结

第3章酰胺基修饰金属有机框架材料的气体吸附性能研究

3.1 气体吸附测试与相关数据处理方法

3.1.1 气体吸附测试

3.1.2 相关数据处理方法

3.2 金属有机框架材料HNUST-10储气性能的研究

3.2.1 低温N2吸附曲线及比表面积、孔体积和孔径分析

3.2.2 储气性能研究

3.3.1 低温N2、Ar吸附曲线及比表面积、孔体积和孔径分析

3.3.2 CO2吸附性能和选择性

3.4 本章小结

第4章 总结与展望

参考文献

附录A 硕士期间待发表论文

致谢