本文關(guān)鍵詞：由聯(lián)吡啶羧酸構(gòu)筑的鑭系MOFs材料的合成、結(jié)構(gòu)與性能研究

  更多相關(guān)文章： 鑭系金屬 吡啶羧酸配體 導(dǎo)電性能 光學(xué)性能 電催化性能

【摘要】：由無機(jī)金屬離子與有機(jī)配體連接成的MOFs(金屬有機(jī)框架)材料,由于在催化、電學(xué)、光學(xué)、分子識別、氣體吸附等領(lǐng)域體現(xiàn)出的潛在應(yīng)用價值,成為了近年來晶體工程學(xué)、超分子化學(xué)、配位化學(xué)的研究熱點。本課題設(shè)計并合成了具有二維骨架結(jié)構(gòu)的MOFs材料[Nd_2(bpdc)_2(adi)(H_2O)_6]n、[Sm_2(bpdc)_2(adi)(H_2O)_6]n和具有一維結(jié)構(gòu)的材料{[Ho(bpdc)_2(H_2O)4]·(H_2O)}n,并對其合成工藝、結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行系統(tǒng)的研究,研究結(jié)果如下：1、 分子設(shè)計的研究：通過合成MOFs所需的中心金屬離子與有機(jī)配體的選擇,金屬離子與有機(jī)配體配位模式的設(shè)計與配比的研究,對MOFs材料進(jìn)行前期的分子設(shè)計。2、 合成工藝的研究：采用水熱合成方法,控制單一變量,研究反應(yīng)物料配比、反應(yīng)體系pH、反應(yīng)溫度與降溫速率、溶劑種類的選擇與用量對目標(biāo)材料合成的影響,得出最佳合成工藝。3、 已合成MOFs材料的結(jié)構(gòu)研究：(1)采用紅外光譜分析方法對合成的MOFs材料配位情況進(jìn)行研究,結(jié)果表明已發(fā)生配位;(2)采用X-射線單晶衍射分析合成產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu)：MOFs材料[Nd_2(bpdc)_2(adi)(H_2O)_6]n、[Sm_2(bpdc)_2(adi)(H_2O)_6]n屬于三斜晶系,Pi空間群,其中Nd(III)離子為九配位模式,與吡啶羧酸中的O原子、己二酸中的O原子及配位水中的O原子發(fā)生配位,形成不規(guī)則的十三面體結(jié)構(gòu)；MOFs材料{[Ho(bpdc)_2(H_2O)4](H_2O)}n屬于單斜晶系,P2/c空間群,其中Ho(Ⅲ)離子為八配位模式,與吡啶羧酸中的O原子及配位水中的O原子發(fā)生配位,形成不規(guī)則的十二面體結(jié)構(gòu)。4、 已合成MOFs材料的性質(zhì)表征研究：(1)結(jié)合Mercury模擬出XRD標(biāo)準(zhǔn)譜圖與X射線粉末衍射分析,對合成MOFs材料的物相進(jìn)行研究,結(jié)果表明材料潔凈度良好；(2)采用掃描電鏡對已合成MOFs材料的形貌進(jìn)行研究,結(jié)果表明材料均為片狀材料,有明顯的層狀結(jié)構(gòu);(3)采用熱重分析方法對已合成MOFs材料的熱穩(wěn)定性進(jìn)行分析,結(jié)果表明材料[Nd_2(bpdc)_2(adi)(H_2O)_6]n在197℃以下可以穩(wěn)定存在,[Sm_2(bpdc)_2(adi)(H_2O)_6]n在209℃以下可以穩(wěn)定存在,材料{[Ho(bpdc)_2(H_2O)4]·(H_2O)}n在145℃以下可以穩(wěn)定存在。同時,通過熱重圖譜顯示的分解率可以計算出材料中配位水分解與骨架坍塌的溫度范圍。5、 已合成MOFs材料的性能研究：(1)采用紫外可見漫反射光譜對合成材料的導(dǎo)電性能進(jìn)行研究,結(jié)果表明[Nd_2(bpdc)_2(adi)(H_2O)_6]n、[Sm_2(bpdc)_2(adi)(H_2O)_6]n、 {[Ho(bpdc)_2(H_2O)4]·(H_2O)}n材料為良好的絕緣體材料。(2)采用熒光激發(fā)光譜對材料：{[Ho(bpdc)_2(H_2O)4]·(H_2O)}n進(jìn)行熒光性能的研究,結(jié)果表明{[Ho(bpdc)_2(H_2O)4]·(H_2O)}n在紫外燈下發(fā)出綠光,420nm激發(fā)波長下在480nm左右出現(xiàn)發(fā)射峰,該材料可作為光致發(fā)光材料。(3)采用線性伏安掃描(LSV)站對合成材料的電催化性能進(jìn)行研究,結(jié)果表明800℃高溫煅燒后,[Nd_2(bpdc)_2(adi)(H_2O)_6]n、 [Sm_2(bpdc)_2(adi)(H_2O)_6]n均具有電催化的ORR活性。本課題設(shè)計并合成了三種新型功能型MOFs材料,并對合成工藝、材料結(jié)構(gòu)、材料性能表征、材料性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。為劍橋晶體數(shù)據(jù)庫(CCDC)與新型功能型MOFs材料的合成與應(yīng)用提供理論基礎(chǔ),為新型功能型MOFs材料未來的發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐。
【關(guān)鍵詞】：鑭系金屬 吡啶羧酸配體 導(dǎo)電性能 光學(xué)性能 電催化性能
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O641.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-16
• 第一章 緒論16-34
• 1.1 MOFs材料的研究進(jìn)展16-23
• 1.1.1 MOFs材料的提出與發(fā)展16-18
• 1.1.2 MOFs材料在光學(xué)方面的應(yīng)用18-19
• 1.1.3 MOFs材料在電學(xué)及電催化方面的應(yīng)用19-22
• 1.1.4 MOFs材料在其他方面的應(yīng)用22-23
• 1.2 MOFs材料的設(shè)計過程與合成方法23-32
• 1.2.1 MOFs材料的可控設(shè)計23-25
• 1.2.2 合成MOFs材料的配體的選擇25-28
• 1.2.3 合成MOFs材料的金屬中心離子的選擇28-30
• 1.2.4 MOFs材料合成方法的選擇30-32
• 1.3 本課題研究目的與內(nèi)容32-34
• 第二章 實驗部分34-46
• 2.1 實驗儀器與藥品34-36
• 2.1.1 實驗儀器34-35
• 2.1.2 實驗藥品35-36
• 2.2 MOFs材料的設(shè)計36-39
• 2.2.1 金屬中心離子的選擇36
• 2.2.2 有機(jī)配體的選擇與合成36-39
• 2.2.3 反應(yīng)物配比設(shè)計39
• 2.3 MOFs材料的合成工藝的研究39-41
• 2.3.1 合成方法的選擇39-40
• 2.3.2 溶劑種類與用量對合成的影響40
• 2.3.3 反應(yīng)體系pH對合成的影響40
• 2.3.4 反應(yīng)溫度與降溫速率對合成的影響40-41
• 2.4 MOFs材料的結(jié)構(gòu)研究41-42
• 2.4.1 MOFs材料配位情況分析41
• 2.4.2 MOFs材料晶體結(jié)構(gòu)分析41-42
• 2.5 MOFs材料的性質(zhì)表征42-43
• 2.5.1 MOFs材料的形貌分析42
• 2.5.2 MOFs材料物相組成分析42-43
• 2.5.3 MOFs材料的熱穩(wěn)定性分析43
• 2.6 MOFs材料的性能分析43-46
• 2.6.1 MOFs材料的導(dǎo)電性能分析43-44
• 2.6.2 MOFs材料的熒光性能分析44
• 2.6.3 MOFs材料的電催化性能分析44-46
• 第三章 結(jié)果與討論46-92
• 3.1 第一配體H_2bpdc的合成及表征46-47
• 3.1.1 第一配體H_2bpdc的合成46-47
• 3.1.2 第一配體H_2bpdc的紅外表征47
• 3.2 產(chǎn)物MOFs材料的合成工藝優(yōu)化47-61
• 3.2.1 [Nd_2(bpdc)_2(adi)(H_2O)_6]_n的合成工藝優(yōu)化48-52
• 3.2.2 [Sm_2(bpdc)_2(adi)(H_2O)_6]_n的合成工藝優(yōu)化52-56
• 3.2.3 {[Ho(bpdc)_2(H_2O)_4]·(H_2O)}_n的合成工藝優(yōu)化56-60
• 3.2.4 影響產(chǎn)物MOFs材料合成其它因素60-61
• 3.3 產(chǎn)物MOFs材料的配位情況分析61-63
• 3.3.1 [Nd_2(bpdc)_2(adi)(H_2O)_6]_n的配位情況分析61
• 3.3.2 [Sm_2(bpdc)_2(adi)(H_2O)_6]_n的配位情況分析61-63
• 3.3.3 {[Ho(bpdc)_2(H_2O)_4]·(H_2O)}_n的配位情況分析63
• 3.4 產(chǎn)物MOFs材料的晶體結(jié)構(gòu)分析63-78
• 3.4.1 [Nd_2(bpdc)_2(adi)(H_2O)_6]_n的晶體結(jié)構(gòu)分析69-73
• 3.4.2 [Sm_2(bpdc)_2(adi)(H_2O)_6]_n的晶體結(jié)構(gòu)分析73-76
• 3.4.3 {[Ho(bpdc)_2(H_2O)_4]·(H_2O)}_n的晶體結(jié)構(gòu)分析76-78
• 3.5 產(chǎn)物MOFs材料的晶體形貌分析78-79
• 3.5.1 [Nd_2(bpdc)_2(adi)(H_2O)_6]_n的晶體形貌分析78
• 3.5.2 [Sm_2(bpdc)_2(adi)(H_2O)_6]_n的晶體形貌分析78-79
• 3.6 產(chǎn)物MOFs材料的物相成分分析79-81
• 3.6.1 [Nd_2(bpdc)_2(adi)(H_2O)_6]_n的物相成分分析79-80
• 3.6.2 [Sm_2(bpdc)_2(adi)(H_2O)_6]_n的物相成分分析80-81
• 3.6.3 {[Ho(bpdc)_2(H_2O)_4]·(H_2O)}_n的物相成分分析81
• 3.7 產(chǎn)物MOFs材料的熱穩(wěn)定性分析81-84
• 3.7.1 [Nd_2(bpdc)_2(adi)(H_2O)_6]_n的熱穩(wěn)定性分析81-82
• 3.7.2 [Sm_2(bpdc)_2(adi)(H_2O)_6]_n的熱穩(wěn)定性分析82-83
• 3.7.3 {[Ho(bpdc)_2(H_2O)_4]·(H_20)}_n的熱穩(wěn)定性分析83-84
• 3.8 產(chǎn)物MOFs材料的導(dǎo)電性能分析84-86
• 3.8.1 [Nd_2(bpdc)_2(adi)(H_2O)_6]_n導(dǎo)電性能分析84-85
• 3.8.2 [Sm_2(bpdc)_2(adi)(H_2O)_6]_n導(dǎo)電性能分析85-86
• 3.8.3 {[Ho(bpdc)_2(H_2O)_4]·(H_2O)}_n導(dǎo)電性能分析86
• 3.9 產(chǎn)物MOFs材料的熒光性能分析86-87
• 3.10 產(chǎn)物MOFs材料的電催化性能分析87-89
• 3.10.1 [Nd_2(bpdc)_2(adi)(H_2O)_6]_n電催化性能分析87-88
• 3.10.2 [Sm_2(bpdc)_2(adi)(H_2O)_6]_n電催化性能分析88-89
• 3.11 本章小結(jié)89-92
• 第四章 結(jié)論92-94
• 參考文獻(xiàn)94-98
• 致謝98-99
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文99-100
• 作者和導(dǎo)師簡介100-101
• 北京化工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文答辯委員會決議書101-103

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 李傳強(qiáng);邱文革;何洪;侯芳標(biāo);劉文枚;;不同結(jié)構(gòu)金屬有機(jī)骨架(MOFs)材料的設(shè)計與合成[J];廣東化工;2014年14期

2 ;[J];;年期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 張雪瓊;高艷飛;劉志亮;;基于多羧酸配體調(diào)控的MOFs的設(shè)計與組裝[A];中國化學(xué)會第29屆學(xué)術(shù)年會摘要集——第13分會：晶體工程[C];2014年

2 陳強(qiáng);宋偉朝;常澤;胡同亮;卜顯和;;新穎鈷MOFs中的可逆單晶到單晶的轉(zhuǎn)換[A];中國化學(xué)會第28屆學(xué)術(shù)年會第8分會場摘要集[C];2012年

3 鄧鶴翔;;無序還是有序?MOFs中多元官能團(tuán)的分布[A];中國化學(xué)會第29屆學(xué)術(shù)年會摘要集——第27分會：多孔功能材料[C];2014年

4 李娜;黃如丹;;基于新型柔性配體構(gòu)筑MOFs骨架擔(dān)載雜多酸的合成研究[A];中國化學(xué)會第五屆全國多酸化學(xué)學(xué)術(shù)研討會論文摘要集[C];2013年

5 項生昌;張章靜;;捕集CO_2的多孔MOFs材料的篩選和評價機(jī)制研究[A];中國化學(xué)會第28屆學(xué)術(shù)年會第8分會場摘要集[C];2012年

6 蘇忠民;;金屬有機(jī)骨架(MOFs)基光電功能材料的分子設(shè)計[A];中國化學(xué)會第29屆學(xué)術(shù)年會摘要集——第16分會：π-共軛材料[C];2014年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 李繼森;基于MOFs前驅(qū)物的電極材料的制備及性能研究[D];南京師范大學(xué);2015年

2 李立博;基于甲烷氮氣分離的柔性金屬有機(jī)骨架（MOFs）性能及拓展研究[D];太原理工大學(xué);2015年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 沈婷婷;功能化MIL-101類、UIO-66類MOFs的制備及其對水體中染料、汞和砷的吸附性能研究[D];南昌航空大學(xué);2015年

2 石瑛;MOFs為模板的電容器電極材料的制備及性能研究[D];太原理工大學(xué);2016年

3 堯婉婷;銦-偶氮MOFs催化Knoevenagel縮合反應(yīng)及光控性能研究[D];東華理工大學(xué);2016年

4 毛凱力;氮雜環(huán)、羧酸配體合成MOFs及其藥物緩控釋研究[D];西南交通大學(xué);2016年

5 劉有毅;兩類改性MOFs/活性炭材料在卷煙CO降低和儲香釋香中的應(yīng)用基礎(chǔ)[D];華南理工大學(xué);2016年

6 陳雅;以偶氮苯衍生物為分子開關(guān)的MOFs材料合成及其可逆吸附性能研究[D];江蘇科技大學(xué);2016年

7 王可新;陰離子導(dǎo)向的金屬—有機(jī)框架（MOFs）結(jié)構(gòu)及傳感與分離性質(zhì)研究[D];山東師范大學(xué);2016年

8 孫然;由聯(lián)吡啶羧酸構(gòu)筑的鑭系MOFs材料的合成、結(jié)構(gòu)與性能研究[D];北京化工大學(xué);2016年

9 張明星;生物分子及MOFs材料氫鍵激發(fā)態(tài)的理論研究[D];大連理工大學(xué);2013年

10 耿愛凈;基于剛性芳香羧酸配體MOFs的設(shè)計、合成與性能研究[D];聊城大學(xué);2014年

，

本文編號：759713