以主客体化学为基础的MOFs的光催化产氢和气体吸附与分离性质研究

摘要

金属–有机框架(Metal-Organic Frameworks, MOFs)材料是将有机配体和金属离子或离子簇通过配位键自组装形成的一种多微孔晶体材料，在分子吸附分离、气体吸附、荧光、磁性、催化等方面都有较广泛的应用。本文研究了一例具有六边形隧道的Zn(II)-MOF吸附铁氢化酶(Fe2S2(CO)6)和光敏剂(Ru(bpy)3Cl2)后，制备复合MOF在可见光下分解水产氢性质研究；具有正方形孔道的Cd(II)-MOF对C2H2和C2H4气体的吸附分离性质研究；合成了芴类有机含氮配体和含五元杂环的吡啶酰腙类有机含氮配体，并研究了它们的自组装反应化学。
　　Ⅰ.通过主–客体化学原理利用一例已知的含有六边形隧道的Zn(II)-MOF对铁氢化酶(Fe2S2(CO)6)和光敏剂(Ru(bpy)3Cl2)的吸附研究，得到一例能够在可见光下催化分解水产氢的复合MOF，并用泊菲莱Labsolar-IIIAG光催化在线检测装置和GC-2014C（TCD检测器）在线检测，检测产氢量随时间的变化。
　　Ⅱ.利用三维的多孔的Cd(II)-MOF在室温条件下分别研究了其对C2H2和C2H4气体的吸附性能，并进一步研究了Cd(II)-MOF对C2H2和C2H4混合气体的分离性质。通过X射线单晶衍射，对C2H2分子进行可逆吸附-解吸附性质研究，证明这一过程是单晶到单晶的转变，并且鉴定了Cd(II)-MOF中乙炔分子的特异性结合位点，C2H2分子通过四组强的C-H···O氢键结合到正方形孔道中的一个ClO4-阴离子上。Cd(II)-MOF也能较好地实现从乙烯和乙炔的混合气体中分离乙炔的目的。我们还研究了孔道内不同的阴离子对于乙炔气体的吸附的影响，发现[Cd(L)2(ClO4)2]?H2O比[Cd(L)2(BF4)2]?H2O对C2H2/C2H4混合气体的分离性能要好得多，这应该是由于孔道中的阴离子不同，从而导致与乙炔作用的氢键的不同。
　　Ⅲ.设计合成了8个芴类有机含氮配体，并研究了它们与过渡金属的自组装化学发现配体与Ni(II)、Cu(II)、Co(II)、Cd(II)与Zn(II)表现出良好的配位性，得到8例配位聚合物，且研究了化合物6对二氧化碳的吸附性质。
　　Ⅳ.设计合成了20个含有五元杂环的吡啶酰腙类含氮有机配体，并研究了它们与过渡金属的自组装化学，发现配体与Cd(II)与Zn(II)表现出良好的配位性，得到了6例配位聚合物。
　　综上所述，我们研究了MOF吸附有机小分子使MOF功能化；MOF对C2H2和C2H4的吸附分离性质；芴类有机含氮配体和含有五元杂环的吡啶酰腙类含氮有机配体是构建结构新颖配位化合物的良好前体，这些有机配体通过与稀土金属离子的自组装反应能够制备具有新颖结构与优良的物化性质的配位化合物。

目录

声明

前言

一、金属有机框架化合物的合成概况

二、MOFs功能化性质研究进展

参考文献

第一章 负载铁氢化酶的Zn-MOF的合成表征及光催化产氢的性质研究

一、 催化剂的合成与表征

二、 催化剂光催化产氢性质研究

三、本章小结

四、实验部分

参考文献：

第二章Cd-MOF对C2H2和C2H4的吸附分离性质研究

一、化合物[Cd(L)2(ClO4)2]·H2O和[Cd(L)2(BF4)2]·H2O对乙炔和乙烯分子的可逆吸附-解吸附

二、化合物[Cd(L)2(ClO4)2]·H2O和[Cd(L)2(BF4)2]·H2O对乙炔/乙烯混合物的分离性质研究

三、本章小结

四、实验部分

参考文献

第三章 多齿芴类有机含氮配体的合成及其自组装研究

第一节 芴类有机含氮配体的合成及表征

第二节 芴类有机含氮配体与过渡金属的自组装研究

三、本章小结

参考文献

第四章 含五元杂环的吡啶酰腙类有机含氮配体的合成及其自组装研究

第一节 含五元杂环的吡啶酰腙类有机配体的合成及表征

二、实验部分

三、本章小结

参考文献

第五章 总结

发表论文情况

致谢