基于MOF多级孔材料的设计合成及应用研究

摘要

金属有机骨架(MOFs)材料作为新型多孔材料，凭借其在气体储存、离子交换、化学催化和非线性光学材料等方面的潜在应用，而备受材料科学家的关注。为广泛地合成介孔MOFs，我们以MOF纳米粒子作为构筑单元成功地制备出一系列晶间孔主导的介孔MOFs(Interparticle porosity dominated mesoMOFs,IPD-mesoMOFs)。这些IPD-mesoMOFs所基于的MOF类型是MIL-100，MIL-53和MIL-110，被分别命名为IPD-mesoMOF-1，-2和-9。IPD-mesoMOFs与无机介孔材料相比具有可调节的介孔、较高的比表面积和更大的孔体积。此外，大尺寸的介孔孔径以及其介孔壁上丰富的羧基残基，使得IPD-mesoMOFs系列材料不仅可以用于吸附无机、有机分子，还可以吸附固定化像血红蛋白这样的天然有机大分子。
　　论文主要包括三方面研究内容:
　　1.IPD-mesoMOF-1(Fe，Al)（基于MIL-100(Fe，Al))、IPD-mesoMOF-2(基于MIL-53(Al))、IPD-mesoMOF-9(基于MIL-110(Al))的合成与表征。通过调节纳米粒子的堆积密度，合成出了一系列IPD-mesoMOF-1，-2和-9多晶。该系列材料均经过X-射线粉末衍射、扫描电子显微镜、红外光谱、热重-差热和氮气吸附表征。
　　2.IPD-mesoMOFs对汽油脱硫的应用研究:IPD-mesoMOFs对汽油中的不同种含硫杂环化合物—噻吩，二苯并噻吩和苯并噻吩的吸附实验结果表明，IPD-mesoMOFs对杂环化合物的吸附符合Langmuir单层吸附模型。IPD-mesoMOFs对含硫杂环化合物（噻吩除外）具有较强的吸附能力，所有的IPD-mesoMOFs中以IPD-mesoMOF-2的吸附能力最强。
　　3.IPD-mesoMOFs固定天然蛋白质的研究:因IPD-mesoMOFs的孔壁上有残余的羧基基团，所以IPD-mesoMOFs不需加修饰可以直接用于天然蛋白质固定化。IPD-mesoMOFs对天然蛋白质血红蛋白表现出较快的吸附速率和良好的吸附能力。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1．金属有机配位聚合物的发展

1．2 金属有机配位聚合物的应用

1．2．1 催化

1．2．2 气体的储存和分离

1．2．3 药物传输

1．2．4 非线性光学

1．3 介孔MOF材料的设计与制备

1．4 论文的选题思想

第二章 基于MIL-100(Fe)的IPD-mesoMOF-1(Fe)系列的合成及表征

2．1 文献概述

2．2 IPD-mesoMOF-1(Fe)系列材料的合成

2．3 IPD-mesoMOF-1(Fe)系列材料的表征

2．3．1 粉末X-射线衍射(PXRD)分析

2．3．2 扫描电子显微镜(SEM)分析

2．3．3 红外光谱(IR)分析

2．3．4 热重分析(TG)

2．3．5 氮气吸附分析

2．4 小结

第三章 基于MIL-100(Al)的IPD-mesoMOF-1(Al)系列的合成及表征

3．1 文献概述

3．2 IPD-mesoMOF-1(Al)系列材料的合成

3．3 IPD-mesoMOF-1(Al)系列材料的表征

3．3．1 粉末X-射线衍射(PXRD)分析

3．3．2 扫描电子显微镜(SEM)分析

3．3．3 红外光谱(IR)分析

3．3．4 热重-差热分析(TG-DAT)

3．3．5 氮气吸附分析

3．4 小结

第四章 基于MIL-53(Al)的IPD-mesoMOF-2系列材料的合成及表征

4．1 文献概述

4．2 IPD-mesoMOF-2系列材料的合成

4．3 IPD-mesoMOF-2系列材料的表征

4．3．1 粉末X-射线衍射(PXRD)分析

4．3．2 扫描电子显微镜(SEM)分析

4．3．3 红外光谱(IR)分析

4．3．4 热重-差热分析(TG-DAT)

4．3．5 氮气吸附分析

4．4 表面活性剂F-127加入对IPD-mesoMOF-2介孔形成的影响

4．5 小结

第五章 基于MIL-110(Al)的IPD-mesoMOF-9系列材料的合成及表征

5．1 文献概述

5．2 IPD-mesoMOF-9系列材料的合成

5．3 IPD-mesoMOF-9系列材料的表征

5．3．1 粉末X-射线衍射(PXRD)分析

5．3．2 扫描电子显微镜(SEM)分析

5．3．3 红外光谱(IR)分析

5．3．4 热重-差热分析(TG-DAT)

5．3．5 氮气吸附分析

5．4 小结

第六章 IPD-mesoMOF-2在吸附含硫化合物方面的应用

6．1 文献概述

6．2 IPD-mesoMOF-2对DBT的吸附动力学研究

6．3 DBT溶液浓度对IPD-mesoMOF-2对DBT的吸附的影响

6．4 IPD-mesoMOF-2吸附DBT的吸附等温线

6．4．1 IPD-mesoMOF-2吸附DBT的Langmuir吸附等温线

6．4．2 IPD-mesoMOF-2吸附DBT的Freundlich吸附等温线

6．5 IPD-mesoMOF-2的重复使用性研究

6．5．1 IPD-mesoMOF-2重复吸附DBT的吸附等温线

6．5．2 IPD-mesoMOF-2的吸附前后X射线衍射分析

6．5．3 IPD-mesoMOF-2的吸附DBT前后氮气吸附等温线

6．5．4 IPD-mesoMOF-2的吸附前后DFT孔径分布分析

6．6 IPD-mesoMOF-2吸附苯并噻吩的研究

6．6．1 BT溶液浓度对IPD-mesoMOF-2吸附BT的影响

6．6．2 IPD-mesoMOF-2吸附BT的Langmuir吸附等温线

6．6．3 IPD-mesoMOF-2吸附BT的Freundlich吸附等温线

6．6．4 IPD-mesoMOF-2对重复吸附BT的吸附等温线研究

6．7 IPD-mesoMOF-2吸附噻吩的研究

6．7．1 TP溶液浓度对IPD-mesoMOF-2对TP的吸附的影响

6．8 小结

第七章 IPD-mesoMOFs在吸附血红蛋白方面的应用

7．1 文献概述

7．2 IPD-mesoMOF-2-iii在缓冲溶液中的稳定性

7．3 IPD-mesoMOF-2-iii吸附血红蛋白的动力学研究

7．4 几种不同孔径的IPD-mesoMOFs吸附Hb的研究

7．5 小结

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢