發(fā)布時(shí)間：2021-11-12 06:22

　　多孔材料憑借其低密度、多孔性、可調(diào)節(jié)孔結(jié)構(gòu)、高比表面積等特點(diǎn)以及在引入特征官能團(tuán)后能夠在氣體存儲(chǔ)與分離、傳播性能、光電性能、催化活性、選擇滲透性等方面表現(xiàn)出優(yōu)良的特性,并廣泛被應(yīng)用于制作航空航天材料、隔音材料、電池電極、光電子元件與高效分離膜等。其中,在氣體存儲(chǔ)與分離方面,孔材料具有不可替代的作用,因而在這領(lǐng)域的開發(fā)具有巨大潛力。資源枯竭,環(huán)境污染等現(xiàn)實(shí)問題日益突出,以甲烷為代表的新能源逐漸引起人們的關(guān)注。本論文,通過取代、組裝等方式設(shè)計(jì)了兩類新型多孔材料,并采用計(jì)算模擬手段探究了甲烷氣體吸附與分離性能,為實(shí)驗(yàn)合成提供理論依據(jù)。具體包括:1.運(yùn)用巨正則蒙特卡洛（GCMC）模擬和色散矯正密度泛函理論（DFT-D3）方法研究了新型MOFs材料（CAU-17-X）的氣體吸附與分離性能。在對(duì)比六種不同組分的二元混合氣體在不同多孔材料（包括UMCM-1、Cu-BTC、CAU-17、ZIF-8、IRMOF-1和COF-5）中的氣體選擇性后,發(fā)現(xiàn)CAU-17材料表現(xiàn)出了高的CH₄/H₂選擇性。接著,通過運(yùn)用鹵素原子和羥基取代苯上的H原子的方式設(shè)計(jì)了一系列官... 

【文章來源】：東北師范大學(xué)吉林省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：45 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

通過兩種不同的有機(jī)鏈合成兩種多孔原始立方網(wǎng)結(jié)構(gòu)的MOFs材料

圖 1-1 通過兩種不同的有機(jī)鏈合成兩種多孔原始立方網(wǎng)結(jié)構(gòu)的 MOFs 材料。1.2.2 共價(jià)有機(jī)骨架材料（COFs）共價(jià)有機(jī)骨架材料是以輕元素 C、O、N、B 等以共價(jià)鍵連接而構(gòu)建，經(jīng)熱力學(xué)控制的可逆聚合形成的有序多孔結(jié)構(gòu)的晶態(tài)材料。它最初的合成思路來源于 Yaghi 及其同事提出的 MOFs 材料。MOFs 的結(jié)構(gòu)由于其成鍵本質(zhì)和合成方法的限制，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)往往處于亞穩(wěn)態(tài)。在潮濕、酸、堿條件下，容易因?yàn)榕湮绘I被破壞而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)坍塌的現(xiàn)象。但是，在熱力學(xué)控制下，有機(jī)單體快速可逆聚合而形成的 COFs，由于其是通過共價(jià)鍵連接的，所以能夠表現(xiàn)出穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。按照材料中所呈現(xiàn)出的空間結(jié)構(gòu)給 COFs 進(jìn)行劃分，可以將其分為二維 COFs[16-18]和三維 COFs[5, 19]。最早合成的二維 COFs 是 COF-1 和COF-5[4]，它們都是典型的平面結(jié)構(gòu)。首批合成的三維的 COFs 包含 COF-102、COF-103、COF-105 以及 COF-108[5]等。圖 1-2 列舉了一些常見的 COFs 材料的晶體結(jié)構(gòu)。隨后，又相繼合成了其他種類的三維 COFs，例如 COF-202、COF-300[19]等。

或咪唑的衍生物替代了傳統(tǒng)的鋁硅酸鹽結(jié)構(gòu)中的橋氧。由于咪唑鏈和金屬相互作用，導(dǎo)致許多 ZIFs 展現(xiàn)出了優(yōu)秀的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性[20]。Z具有多孔性、熱穩(wěn)定性，使其在天然氣分離和儲(chǔ)存方面很有前景，以及由的孔徑(通常小于 5 埃)和豐富的晶體形狀等優(yōu)點(diǎn)，使其同樣在選擇催化方作用[21]。其中，咪唑、苯并咪唑、5-二氯咪唑、咪唑-2-甲醛等 16 種配體配體中最為常見。在合成過程中，豐富的配體種類導(dǎo)致合成出的多孔材料樣表現(xiàn)出多樣性。晶體結(jié)構(gòu)往往決定其性質(zhì)，由于其晶體結(jié)構(gòu)存在多樣性料在各個(gè)方面所表現(xiàn)出的性能也將會(huì)有所不同。在多種 ZIFs 材料中，ZI鈉石結(jié)構(gòu)的晶體。通過之前實(shí)驗(yàn)工作者的研究表明，ZIF-8 不僅僅擁有高氣體存儲(chǔ)方面同樣表現(xiàn)出了優(yōu)良的性能，可以用于 CH4和 H2存儲(chǔ)[22, 23]-8 材料中還含有獨(dú)特的六邊形環(huán)孔道（約為 3.4 埃，見圖 1-3），由于六邊在，導(dǎo)致其骨架原子和不同的氣體之間會(huì)存在不同的相互作用。根據(jù)多孔子之間的相互作用的差異，從而可以實(shí)現(xiàn)混合氣體之間的分離。經(jīng)過研究現(xiàn)，ZIF-8 材料憑借其獨(dú)特的六邊形環(huán)孔道，可以用于從大分子氣體和 H分離 H2[24]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]環(huán)糊精基的金屬有機(jī)骨架的合成及負(fù)載5-氟尿嘧啶的研究[J]. 朱培培,孫龍江,楊小寧,楊西亞,沙靖全,吳連賀,張倩男.  分子科學(xué)學(xué)報(bào). 2016(03)



本文編號(hào)：3490344