金属有机骨架化合物的合成、制备、应用简介课件.ppt

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1、金属有机骨架材料及其应用指导老师：李歆项目成员：马晓峰、王晋、祁源、颜繁博、李玉目录<一>金属有机骨架化合物的概述<二>有机-无机杂化膜的研究意义及具体方案<三>实验可行性分析<一>金属有机骨架化合物的概述MOFs材料是金属有机骨架化合物(Metal-OrganicFrameworks)的简称。MOFs材料是由无机金属中心(金属离子或金属簇)与桥连的有机配体通过自组装相互连接，形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料。周期性网状骨架的多孔材料金属离子有机配体配位自组装MOFs不同于无机分子筛，其孔道是由金属和有

2、机组分共同构成的，对有机分子和有机反应具有更大的活性和选择性。制备MOFs的金属离子和有机配体的选择范围非常大，可以根据所需材料的性能，如孔道的尺寸和形状等，选择适宜的金属离子以及具有特定官能团和形状的有机配体。展望具有大孔径、高比表面积的金属有机骨架结构已成为微孔材料研究领域的一个热点,它给多孔材料科学带来了新的曙光。此种材料制备简单,可以从金属离子和有机配体混合物直接获得,而且配体的配位能力可以改变。MOFs物质具有许多潜在的特殊性能,在新功能材料如选择性催化、分子识别、可逆性主客体分子(离子)交换、超高纯度分

3、离、生物传导材料、光电材料、磁性材料和芯片等新材料开发中显示了诱人的应用前景。正是由于金属有机骨架材料有多方面的优点和广泛的用途,其合成正受到越来越多的重视。目前研究者致力于通过更换不同的有机配体及功能金属离子来构建新颖结构的金属一有机骨架化合物，以期得到更加优异的性能。另一方面，将对MOFs材料可调的纳米孔道进行修饰或将这种材料进行功能化的开发也受到人们的关注。众所周知，将传统的分子筛晶体结构在多孔基质上制备成连续共生的分子筛膜，及其在分离技术、传感和催化等方面的优异性能受到强烈的关注，鉴于分子筛膜的成功经验，许

4、多研究者也着力于在多孔载体上制备类似于分子筛膜并有良好应用前景的MOFs膜[1]金属有机骨架材料的发展大约只有二十儿年的历史，但是发展的速度非常惊人。从1978年起，报道的所有金属有机骨架材料的数量每近六年增加一倍，说明了它具有重大的科学研究意义，以及巨大的实际应用的潜力。MOFs的制备方法制备方法——溶剂热法1112制备方法——微波法微波快速结晶微波法30s微波辅助快速晶种法制备方法——晶种法MOF晶种——α-磷锌矿晶体合成晶膜制备三维表面成膜选择性催化功能化PaoloFalcaro等人发现纳米结构的α-磷锌矿微

5、粒具有促使MOF-5成核的特殊功能，基于这样一个发现，他们采用α-磷锌矿为晶种制备MOF-5，在晶体合成、晶膜制备和晶体功能化方面均展现出了独特的优势。13制备方法——晶种法把晶体的成核和生长过程分离开→更好地控制晶体的生长和膜的微结构14制备方法——分层法高度有序、均匀、平整的MOF膜实现晶体的高度取向性合成其他方法无法得到的MOF结构分层法图解1516应用领域——气体储存氢气二氧化碳甲烷MOF-177CD-MOF-2PCN-14结构稳定的MOFs可保持永久的孔度，晶体中自由体积百分率远远超过任何沸石，去掉模板试

6、剂后的晶体密度小到可突破报道过的晶体材料的底限。对于MOFs特殊的吸附性能，目前主要集中在甲烷和氢等燃料气的存储方面。16应用领域——吸附分离由羧酸配体构成的多孔MOFs具有的特殊的骨架结构和表面性质，对不同的气体的吸附作用不同，从而可以对某些混合气进行分离,对于MOFs的吸附性能的研究也有不少的报道。这种配合物对氮气、氢气、氩气、二氧化碳、甲烷等具有选择性的吸附作用，对氢气和二氧化碳的吸附能力很强，但对氮气、氩气、甲烷的吸附能力很弱。它可以作为选择性吸附材料，分离氢气、氮气、二氧化碳、甲烷等混合气体，因此，这种材

7、料会有很重要的工业应用，如从天然气中脱除二氧化碳，从含有氮气、一氧化碳或甲烷的混合气中回收氢气。17应用领域——催化MOFs材料是由含氧、氮等的多齿有机配体与过渡金属离子自组装而成的配位聚合物。因此，MOFs材料经常含有不饱和配位的金属位、巨大比表面积以及规整的孔结构。MOFs特殊的骨架结构在催化方法有特殊的优势。使它可以作为催化剂，可以用于多类反应，如氧化、开环、环氧化、碳碳键的形成、加成、消去脱氢、加氢、异构化、碳碳键的断裂、重整、低聚和光催化等方面。CO2光还原和有机物的光氧化18应用领域——其他磁性材料顺磁

8、性、反磁性传感器客体影响MOFs光学和磁学性能药物传输药物包埋→孔口修饰官能团→在不同的外界条件下打开或关闭孔口→药物控制释放Andsoon19MOFs材料的研究不仅在于其迷人的拓扑结构,更在于它具有可剪裁性和结构多样性的特点，易于进行设计组装和结构调控，为设计纳米多孔材料提供了一种的可行方法。正是由于MOFs材料多方面的优点和用途，其正受到越来越多的重视。