【摘要】：金屬-有機(jī)框架化合物(Metal-Organic Frameworks,簡(jiǎn)稱MOFs)具有大的比表面積、高的孔隙率、有序的孔道、孔道可調(diào)等特點(diǎn)。因此,被廣泛地應(yīng)用到二氧化碳的吸附和轉(zhuǎn)化領(lǐng)域。UTSA-16結(jié)構(gòu)中含有大量的微孔結(jié)構(gòu),有利于CO_2吸附;同時(shí),孔道中的K~+也具有吸附和活化二氧化碳的作用。因此,它被報(bào)道為對(duì)二氧化碳吸附量第二高的MOF材料;另外,該結(jié)構(gòu)中含有配位不飽和的Lewis酸位點(diǎn)可以活化環(huán)氧化合物。因此,該材料被用于催化二氧化碳和環(huán)氧化合物生成環(huán)狀碳酸酯的反應(yīng)中。于是,我們?cè)O(shè)計(jì)合成了一系列堿金屬離子交換的UTSA-16,并研究了其對(duì)二氧化碳的吸附和轉(zhuǎn)化性能。隨后,我們將堿金屬調(diào)控的UTSA-16作為前驅(qū)體在空氣氛圍中焙燒,合成了堿金屬調(diào)控的Co_3O_4,并研究了該材料的一氧化碳轉(zhuǎn)化規(guī)律。第一部分內(nèi)容:根據(jù)文獻(xiàn)合成了微孔UTSA-16,并以此為母體,通過離子交換的方法制備了一系列的M-UTSA-16(M:Li、Na、K、Rb、Cs),并用PXRD,TGA,ICP,BET等手段表征了該材料的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。然后,將這一系列的材料應(yīng)用于二氧化碳的吸附和轉(zhuǎn)化中。研究發(fā)現(xiàn):在CO_2的吸附中,K-UTSA-16顯示了最高的吸附量;而在二氧化碳和環(huán)氧化合物生成環(huán)狀碳酸酯的催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)中,Li-UTSA-16表現(xiàn)出最高的催化活性和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。第二部分內(nèi)容:以M-UTSA-16為前驅(qū)體,通過馬弗爐在空氣氛圍下焙燒制備了一系列的M@Co_3O_4(M:Li、Na、K、Rb、Cs),并通過PXRD、H_2-TPR、O_2-TPD、ICP、BET、XPS和FI-RT表征了材料的各種物理和化學(xué)性質(zhì)。最后,將堿金屬調(diào)控的四氧化三鈷應(yīng)用到一氧化碳的催化氧化反應(yīng)中,發(fā)現(xiàn)Cs@Co_3O_4具有最好的催化活性。這歸因于Cs的加入有利于晶體結(jié)構(gòu)中鈷氧鍵的斷裂使得晶格中的氧更容易釋放,進(jìn)而發(fā)生催化反應(yīng)。
【圖文】：

圖 1.1 MOFs 的組成和結(jié)構(gòu) 90 年代，，Yaghi 首次提出了“金屬有機(jī)骨架化合物并報(bào)道了以 Zn2+為金屬節(jié)點(diǎn)、對(duì)苯二甲酸為配體合物；該化合物具有良好的熱穩(wěn)定性，當(dāng)程序升溫坍塌。隨后，Yaghi 課題組又合成了一系列的 M，他們又通過改變不同的配體合成了具有拓?fù)浣Y(jié) 1.2，其孔徑大約為 3.5-30 ，并且該系列催化劑時(shí)，Yaghi 開啟了繼分子篩和多孔碳材料以后的無，研究人員紛紛開始研究此材料，推動(dòng)了該材料的Fe′rey 課題組首次合成了具有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的 MIL-10三聚體和對(duì)苯二甲酸自組裝形成的具有四面體結(jié)籠的晶體。

圖 1.2 IRMOF-n 系列，現(xiàn)有的合成 MOFs 材料的方法很多，如溶劑熱法、水熱法波法和機(jī)械化學(xué)法等。溶劑熱法是指利用有機(jī)溶劑（常用的MF 等）溶解無機(jī)金屬離子和不同的配體，在一定的溫度下合。水熱法是指以水為反應(yīng)媒介，在高壓釜中合成晶體的方法往往有較好的結(jié)晶度，但是所用的高壓反應(yīng)釜價(jià)格較貴且不過程。超聲合成法是在超聲的輔助下，不需要溶劑并且反應(yīng)幾分鐘的合成方法。它的缺點(diǎn)是反應(yīng)不易控制，超聲反應(yīng)器室小規(guī)模合成，很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。微波法則是利用微波法，該法合成速度快、節(jié)省時(shí)間。以上方法各有自己的優(yōu)缺操作簡(jiǎn)便、合成的晶體結(jié)晶度較高，因此是目前使用最多的為止，被發(fā)現(xiàn)的 MOFs 材料多達(dá)幾萬(wàn)種，并且每種材料有不學(xué)性質(zhì)，被應(yīng)用到很多領(lǐng)域，如氣體的吸附、分離、存儲(chǔ)、儲(chǔ)能、催化等領(lǐng)域[5-6]。另外，MOFs 材料還可以作為前驅(qū)體成碳材料或是金屬氧化物。這些為我們后續(xù)研究和應(yīng)用 MO
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O641.4

【相似文獻(xiàn)】

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1 張新魯;堿金屬調(diào)控UTSA-16的制備及在二氧化碳轉(zhuǎn)化和一氧化碳氧化中的應(yīng)用[D];南昌大學(xué);2018年

本文編號(hào)：2656645