本文關(guān)鍵詞：金屬磷酸鹽配位聚合物的結(jié)構(gòu)調(diào)控及質(zhì)子導(dǎo)體性能研究

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【摘要】：寬溫域高質(zhì)導(dǎo)材料是燃料電池的核心部分,近年來引起了廣泛的關(guān)注。但是在這類材料中由于缺乏結(jié)構(gòu)與質(zhì)子導(dǎo)體性能的關(guān)系規(guī)律,因此如何構(gòu)建寬溫域高質(zhì)導(dǎo)材料仍是挑戰(zhàn)性的課題。金屬有機(jī)骨架(簡(jiǎn)稱MOFs)因其結(jié)晶性、結(jié)構(gòu)多樣性、性能可調(diào)等優(yōu)勢(shì),有望為科學(xué)工作者建立質(zhì)子導(dǎo)體的構(gòu)性關(guān)系規(guī)律提供幫助。但目前MOF質(zhì)子導(dǎo)體的研究中,結(jié)構(gòu)的調(diào)控往往會(huì)改變質(zhì)子傳輸?shù)耐緩?并成為質(zhì)子導(dǎo)體性能變化的主要因素,不利于深入理解質(zhì)子導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系。為此,·本文首先以咪唑?yàn)槟０搴铣闪?例等結(jié)構(gòu)的MOFs [ImH2][X(HPO4)2(H2O)2] (FJU-25-X, X = Al, Ga, Fe),它們從-10～90℃寬溫域內(nèi)都有非常好的表現(xiàn)。有趣的是,它們的導(dǎo)電率隨著金屬離子尺寸的增加而增加：Al3+(53.5pm) Ga3+(62pm) Fe3+(64.5pm)。FJU-25-Fe的導(dǎo)電率在-10℃為已報(bào)道的非水質(zhì)子導(dǎo)體的最大值,在90℃能達(dá)到5.21×10-4 Scm-1,是A1同系物的40倍,并與目前最好的導(dǎo)電材料Im@UiO-67和His@[Al(OH)(1,4-ndc)]n相當(dāng)。我們的工作第一次論證了,即使是在不改變導(dǎo)電通道的情況下,通過金屬離子節(jié)點(diǎn)調(diào)控也能顯著提高M(jìn)OFs的導(dǎo)電率。其次,本文還利用pKa(8.8)小、熔點(diǎn)高的三乙烯二胺為質(zhì)子載體,與鋅離子、磷酸在不同反應(yīng)條件下合成了3例MOFs:Zn2(HPO4)3·H2N2C6H12 (FJU-26)、 Zn3(PO4)(HPO4)2·HN2C6H12(FJU-27)、Zn5(PO4)2(HPO4)4·H2O·2H2N2C6H12 (FJU-28)。其中FJU-26和FJU-28的質(zhì)子載體三乙烯二胺陽離子的兩端都通過氫鍵與骨架相連；而FJU-27中,三乙烯二胺陽離子的一端與骨架中的鋅原子配位連接到骨架上。質(zhì)子導(dǎo)體測(cè)試發(fā)現(xiàn)FJU-27的穩(wěn)定質(zhì)子傳輸溫域從-40～80℃,比FJU-26(0～80℃)和FJU-28(-10～80℃)更寬,且FJU-27的導(dǎo)電率也更高,可達(dá)2.81×10-4 S cm-1。最后,我們還利用高溫下咪唑的分解,獲得1例含有銨離子、咪唑陽離子雙質(zhì)子載體的[ImH2]2[NH4]Al6(PO4)7(H2O)2(FJU-29)。FJU-29的穩(wěn)定質(zhì)子傳輸溫域?yàn)?30-90℃,導(dǎo)電性可達(dá)2.11×104 S cm-1�？傊�,本文從金屬離子半徑、質(zhì)子載體與骨架相互作用、雙質(zhì)子載體三個(gè)方面調(diào)控MOFs的質(zhì)子導(dǎo)電性能,觀察到一些結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系規(guī)律,為寬溫域高質(zhì)導(dǎo)材料的設(shè)計(jì)合成提供指導(dǎo)。
【關(guān)鍵詞】：金屬有機(jī)骨架 晶體結(jié)構(gòu) 質(zhì)子傳導(dǎo)性能
【學(xué)位授予單位】：福建師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O641.4
【目錄】：

• 中文摘要2-3
• Abstract3-5
• 中文文摘5-11
• 緒論11-35
• 0.1 金屬有機(jī)骨架概況11-12
• 0.2 MOFs的合成12-15
• 0.2.1 溶劑熱或水熱合成法13-14
• 0.2.2 擴(kuò)散法14
• 0.2.3 微波合成法14
• 0.2.4 超聲波合成法14-15
• 0.2.5 電化學(xué)合成法15
• 0.2.6 機(jī)械化學(xué)合成法15
• 0.3 MOFs的應(yīng)用15-33
• 0.3.1 質(zhì)子傳導(dǎo)16-30
• 0.3.2 氣體存儲(chǔ)與分離30-31
• 0.3.3 催化31-32
• 0.3.4 化學(xué)傳感32-33
• 0.4 本課題的選題依據(jù)和目的33-35
• 第一章 咪唑?yàn)榭腕w分子的金屬磷酸鹽的合成與質(zhì)子傳導(dǎo)性能研究35-53
• 1.1 引言35-36
• 1.2 儀器與試劑36-37
• 1.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器36
• 1.2.2 實(shí)驗(yàn)試劑36-37
• 1.3 配合物的合成37
• 1.4 單晶結(jié)構(gòu)解析37-39
• 1.5 結(jié)果與討論39-52
• 1.5.1 單晶結(jié)構(gòu)描述39-40
• 1.5.2 粉末X射線衍射40-41
• 1.5.3 熱重分析41-42
• 1.5.4 紅外分析42-43
• 1.5.5 DSC測(cè)試43
• 1.5.6 質(zhì)子傳導(dǎo)性質(zhì)43-52
• 1.6 本章小結(jié)52-53
• 第二章 三乙烯二胺為客體分子的金屬磷酸鹽的合成與質(zhì)子傳導(dǎo)性能研究53-71
• 2.1 引言53
• 2.2 儀器與試劑53-54
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器53-54
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)試劑54
• 2.3 配合物的合成54
• 2.4 單晶結(jié)構(gòu)解析54-56
• 2.5 結(jié)果與討論56-69
• 2.5.1 單晶結(jié)構(gòu)描述56-60
• 2.5.2 粉末X射線衍射60-61
• 2.5.3 熱重分析61-62
• 2.5.4 紅外分析62-63
• 2.5.5 DSC測(cè)試63
• 2.5.6 質(zhì)子傳導(dǎo)性質(zhì)63-69
• 2.6 本章小結(jié)69-71
• 第三章 銨根、咪唑?yàn)榭腕w分子的金屬磷酸鹽的合成與質(zhì)子傳導(dǎo)性能研究71-81
• 3.1 引言71
• 3.2 儀器與試劑71
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器71
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)試劑71
• 3.3 配合物FJU-29的合成71
• 3.4 單晶結(jié)構(gòu)解析71-72
• 3.5 結(jié)果與討論72-79
• 3.5.1 單晶結(jié)構(gòu)描述72-74
• 3.5.2 粉末X射線衍射74
• 3.5.3 熱重分析74-75
• 3.5.4 紅外分析75-76
• 3.5.5 DSC測(cè)試76
• 3.5.6 質(zhì)子傳導(dǎo)性質(zhì)76-79
• 3.6 本章小結(jié)79-81
• 第四章 結(jié)論81-83
• 參考文獻(xiàn)83-99
• 攻讀學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果99-101
• 致謝101-103
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷103-106

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