發(fā)布時間：2021-11-12 06:22

　　多孔材料憑借其低密度、多孔性、可調(diào)節(jié)孔結構、高比表面積等特點以及在引入特征官能團后能夠在氣體存儲與分離、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,在氣體存儲與分離方面,孔材料具有不可替代的作用,因而在這領域的開發(fā)具有巨大潛力。資源枯竭,環(huán)境污染等現(xiàn)實問題日益突出,以甲烷為代表的新能源逐漸引起人們的關注。本論文,通過取代、組裝等方式設計了兩類新型多孔材料,并采用計算模擬手段探究了甲烷氣體吸附與分離性能,為實驗合成提供理論依據(jù)。具體包括:1.運用巨正則蒙特卡洛（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,通過運用鹵素原子和羥基取代苯上的H原子的方式設計了一系列官... 

【文章來源】：東北師范大學吉林省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：45 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

通過兩種不同的有機鏈合成兩種多孔原始立方網(wǎng)結構的MOFs材料

圖 1-1 通過兩種不同的有機鏈合成兩種多孔原始立方網(wǎng)結構的 MOFs 材料。1.2.2 共價有機骨架材料（COFs）共價有機骨架材料是以輕元素 C、O、N、B 等以共價鍵連接而構建，經(jīng)熱力學控制的可逆聚合形成的有序多孔結構的晶態(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 的結構由于其成鍵本質和合成方法的限制，導致其結構往往處于亞穩(wěn)態(tài)。在潮濕、酸、堿條件下，容易因為配位鍵被破壞而出現(xiàn)結構坍塌的現(xiàn)象。但是，在熱力學控制下，有機單體快速可逆聚合而形成的 COFs，由于其是通過共價鍵連接的，所以能夠表現(xiàn)出穩(wěn)定結構。按照材料中所呈現(xiàn)出的空間結構給 COFs 進行劃分，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構。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 材料的晶體結構。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)的鋁硅酸鹽結構中的橋氧。由于咪唑鏈和金屬相互作用，導致許多 ZIFs 展現(xiàn)出了優(yōu)秀的熱穩(wěn)定性和化學穩(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，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，豐富的配體種類導致合成出的多孔材料樣表現(xiàn)出多樣性。晶體結構往往決定其性質，由于其晶體結構存在多樣性料在各個方面所表現(xiàn)出的性能也將會有所不同。在多種 ZIFs 材料中，ZI鈉石結構的晶體。通過之前實驗工作者的研究表明，ZIF-8 不僅僅擁有高氣體存儲方面同樣表現(xiàn)出了優(yōu)良的性能，可以用于 CH4和 H2存儲[22, 23]-8 材料中還含有獨特的六邊形環(huán)孔道（約為 3.4 埃，見圖 1-3），由于六邊在，導致其骨架原子和不同的氣體之間會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】：
期刊論文
[1]環(huán)糊精基的金屬有機骨架的合成及負載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.  分子科學學報. 2016(03)



本文編號：3490344