本文選題：金屬有機框架材料　切入點：鈷配合物　出處：《中國科學技術(shù)大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：金屬有機框架材料(Metal-organic frameworks簡稱MOFs)是由金屬離子和有機配體通過配位鍵形成的一種多孔的無機有機雜化晶態(tài)材料。由于形成MOFs的金屬離子和有機配體的種類和配位方式的多樣性,使它具有的可設(shè)計的豐富的結(jié)構(gòu)類型、可調(diào)節(jié)的化學多功能性、超高的比表面積等特點,使它在氣體的儲存與分離、催化、傳感、藥物輸運等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。其中光催化是MOFs材料最有前景的應(yīng)用領(lǐng)域之一。光解水制氫(氫氣是一種高能的清潔燃料)作為緩解化石燃料短缺引起的能源不足和化石燃料燃燒引起的環(huán)境污染等問題的一個重要的解決方法:為實現(xiàn)光解水制氫,需要發(fā)展一種廉價催化劑整合可見光捕獲、電荷轉(zhuǎn)移和催化等不同過程,而且催化劑要在光催化條件下穩(wěn)定持久、產(chǎn)量高效。MOFs的LMCT以及其配體的π→π*激發(fā)在紫外光區(qū)或者可見光區(qū)的藍端,因此MOFs與半導(dǎo)體材料有著類似的一些行為。并且MOFs的多孔性能夠極大地抑制光生電子和空穴的復(fù)合——由于載流子傳輸?shù)娇妆砻娴木嚯x很短從而迅速參與反應(yīng);MOFs的結(jié)晶性同樣能夠避免缺陷(可能是產(chǎn)生電子和空穴復(fù)合的中心),從而避免了體相半導(dǎo)體材料的一些缺點。目前,對MOFs在光催化領(lǐng)域的研究主要集中在對具有可見光光響應(yīng)的配體(2-氨基對苯二甲酸配體,卟啉類配體等)構(gòu)筑的鋯、鋁或者鈦基MOFs等的研究。為了增強MOFs的光催化效率同時降低成本,我們著手從以下三個方面考慮進行了相關(guān)工作的研究:(1)具有可見光響應(yīng)配體構(gòu)筑的MOFs可以作為光敏劑,迅速地接受可見光激發(fā)產(chǎn)生光生電子;(2)將具有光催化產(chǎn)氫活性的廉價金屬配合物引入至MOF的籠內(nèi)作為電子受體,可實現(xiàn)空間上的電荷分離,實現(xiàn)高效的光解水制氫;(3)MOF的限域/固定可以使得均相的金屬配合物光催化劑非均相化,二者的協(xié)同作用可以實現(xiàn)高效的制氫活性和循環(huán)性�；谏鲜鏊悸�,我們選擇將光催化產(chǎn)氫活性的[CoⅡ(TPA)Cl][Cl]配合物限域在可見光響應(yīng)的MIL-125-NH2籠內(nèi),該配合物的分子尺寸比MIL-125-NH2的籠直徑小,而比籠窗口要更大,因而[CoⅡ(TPA)Cl][Cl]可以穩(wěn)定存在于MIL-125-NH2的籠子里面,并且可以實現(xiàn)從MIL-125-NH2到[CoⅡ(TPA)Cl][Cl]有效的電子轉(zhuǎn)移。采用簡單的合成方法合成了鈷配合物負載量不同的復(fù)合催化劑,運用一系列表征手段對復(fù)合催化劑進行表征,實驗結(jié)果表明復(fù)合催化劑的光解水制氫活性隨著鈷配合物負載量的增加而提高;并且復(fù)合催化劑的效率是鈷配合物,MIL-125-NH2,以及二者物理混合物的幾十倍,從而證明了鈷配合物和MIL-125-NH2之間的高效協(xié)同作用。通過ESR等來進行機理探究,結(jié)果證明[CoⅡ(TPA)Cl][Cl]@MIL-125-NH2復(fù)合催化劑高的反應(yīng)效率是由于電子轉(zhuǎn)移過程的迅速:即電子直接從MIL-125-NH2的配體BDC-NH2到鈷配合物,基本上沒有經(jīng)過鈦氧簇。我們的研究工作對基于MOFs復(fù)合材料的合成與光催化性能研究提供了有益的參考。
[Abstract]:Metal organic frameworks (Metal-organic frameworks MOFs) is a kind of porous formed by metal ions and organic ligands through coordination bonds of inorganic organic hybrid materials. Due to the diversity of amorphous metal ions to form MOFs and the types of organic ligand and coordination mode, which is the design of the rich structure types. The chemical versatility of the adjustable, high specific surface area, make it in gas storage and separation, catalysis, sensing, and has wide application prospect areas of drug delivery. The photocatalysis is one of the applications of MOFs material with foreground. Water photolysis (hydrogen is a high energy and clean fuel) is an important solution to alleviate the shortage of fossil fuels as caused by energy shortage and environmental pollution caused by the combustion of fossil fuels and other issues: for water splitting, need to develop a low-cost Visible light capture price catalyst integration, charge transfer and catalysis of different process, and the catalyst to lasting stability in the photocatalytic conditions, the yield of.MOFs, blue LMCT and its ligand, pi pi * excitation in UV light or visible light, so the MOFs and semiconductor material has some similar behavior. Porous and MOFs can greatly inhibit the recombination of photogenerated electrons and holes due to carrier transport into the hole surface distance is very short and rapid reaction; the crystallization of MOFs can also avoid the defects (probably produced electron and hole recombination center), so as to avoid some of the shortcomings of the bulk semiconductor material. At present, the research on MOFs in the field of photocatalysis is mainly concentrated in the ligand response to visible light with light (2- amino terephthalic acid ligand, porphyrin ligand) constructed by zirconium, aluminum or titanium based MOFs 鐨勭爺絀，

本文編號：1652682