多孔材料最早研究在20世紀初,是一種發(fā)展迅速的材料。由于具有比表面積大、密度低、孔結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)以及多樣的拓撲結(jié)構(gòu)和化學組成等優(yōu)點,使得多孔材料在過濾、滲透、催化、電化學過程以及氣體儲存和分離等方面有著廣泛的應(yīng)用。目前,最備受關(guān)注的環(huán)境問題之一是全球變暖,而工業(yè)上和生活上過量排放的二氧化碳氣體正是導致全球變暖的元兇。為了有效解決這一大焦點問題,可以尋找恰當?shù)亩嗫撞牧蟻韮Υ婧头蛛x二氧化碳氣體。另外,稀有氣體由于其低沸點、低熔點以及非常穩(wěn)定的特點,使得其在化學工業(yè)、醫(yī)療科學等方面應(yīng)用廣泛。但是,由于稀有氣體的含量在地球上本身含量低,并且生產(chǎn)過程中稀有氣體的儲存分離也是需要投入大量的資源和精力,導致稀有氣體價格更加昂貴。利用多孔材料吸附和分離稀有氣體是一個能降低稀有氣體價格的辦法。在本論文,運用理論模擬手段研究了最新報道的手性共價有機骨架和碳化硅共價有機骨架,預(yù)測了新材料對常見氣體以及稀有氣體的吸附和分離性能,具體內(nèi)容如下:（1）選擇最新合成且新穎的系列手性共價有機骨架（CCOF）為研究體系,探索和預(yù)測在氣體吸附和分離方面的可能性。我們運用巨正則蒙特卡洛模擬（GCMC）和密度泛函理論（DFT）等... 

【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

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

COF-1（左）和COF-5（右）的結(jié)構(gòu)模型

4圖1.2經(jīng)典的MOFs和常見的金屬節(jié)點以及有機配體。1.3多孔材料的應(yīng)用1.3.1多孔材料在催化領(lǐng)域中的應(yīng)用催化對化學、燃料制造、環(huán)境保護以及消費品和先進材料的加工產(chǎn)生巨大影響。使用多孔材料作為非均相催化劑引起了科學家們極大的興趣，因為它們具有傳統(tǒng)的非均相催化劑的優(yōu)勢以及活性位點的可及性。在Kurisingal等人的研究中，通過后浸漬技術(shù)制備了兩種咪唑基離子液體的含鋯的UiO-66-NH2異相催化劑[40]。此外，通過將基于甲基苯并咪唑鎓（ILB）和基于甲基咪唑鎓（ILA）的IL單元分別引入UiO-66-NH2，并通過涉及C=O（來自IL）和NH2（來自UiO-66-NH2）官能團的偶聯(lián)反應(yīng)，生成ILB@U6N和ILA@U6N。UiO-66-NH2的多孔結(jié)構(gòu)和高表面積可確保提高催化劑的效率和IL的利用率。所開發(fā)的催化劑還具有低浸出，高穩(wěn)定性和優(yōu)異的可重復(fù)使用性，而不會影響環(huán)氧轉(zhuǎn)化率。To等人合成了一種含鐵的MOFs，名叫VNU-21[41]。他們發(fā)現(xiàn)VNU-21可以用作一鍋合成喹唑啉酮的非均相催化劑，且可以回收。該合成在氧氣氣氛下分兩個階段

-1）、密度低（0.13gcm-3）且具有π電子共軛脫氫苯并環(huán)戊烯（DBA）單元的三維COFs（DBA-3D-COF1），并用金屬Ni對3DCOF-1進行金屬化產(chǎn)生Ni-DBA-3D-COF[46]。兩種三維的DBA-COFs表現(xiàn)出很強的乙烷和乙烯氣體的吸附能力。在理論計算上，眾多研究者也很愛研究有助于能提升氣體吸附和分離性能的材料上。Huang等人設(shè)計出具有多孔晶狀的二維石墨狀碳氮化物g-CN，運用理論計算手段發(fā)現(xiàn)該材料具有很好的CO2/H2（SCO2/H2=50）和CH4/H2（SCH4/H2=11）的分離性能，并且CO2，CH4和H2的自擴散系數(shù)也是能與大多數(shù)的COFs和MOFs旗鼓相當[47]。圖1.3ZU-66的結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)內(nèi)的“分子轉(zhuǎn)子”和由分子轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)行為得出的最小和最大的孔道。1.4選題背景和依據(jù)隨著人類進步，環(huán)境問題越顯突出。目前，工業(yè)上、生活中排放過量二氧化碳。而空氣中過量的二氧化碳將導致溫室效應(yīng)等各種環(huán)境問題。一個能減少二氧化碳濃度的方法就是尋找到大量儲存二氧化碳的材料。此外，隨著科技進步，稀有氣體的大量應(yīng)用逐漸被挖掘。但是，稀有氣體本身含量較少，且生產(chǎn)過程中儲存和分離稀有氣體也需要消耗大量資源，這更使得其價格更加昂貴�，F(xiàn)在，多孔材料由于比面積大、密度低、孔尺寸可調(diào)節(jié)等優(yōu)點在各方面中有著廣泛的應(yīng)用，尤其在氣體吸附和分離的研究上已經(jīng)被廣泛研究。所以，對新型多孔材料的開發(fā)研究已經(jīng)成為了實驗研究者與計算研究者共同的目標。計算模擬研究多孔材料的氣體吸附和分離性能可以節(jié)約實驗上研究所用的資源、時間和精力等大量成本，所以，我們運用像DFT、GCMC、NVT等計算模擬的手段來預(yù)測一些有前途的共價有機材料的結(jié)構(gòu)和重要的氣體吸附以及分離情況，這是科學領(lǐng)域中


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