金属有机骨架材料负载离子液体电子结构及吸附性能的理论研究

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1、分类号：单位代码：10140密级：公开学号：4031531811硕士学位论文金属有机骨架材料负载离子液体电子结构及吸附性能中文题目：的理论研究Theoreticalstudyontheelectronicstructureandadsorption英文题目：propertyofMOFssupportedionicliquids论文作者：马宁指导教师：吴阳教授专业：物理化学完成时间：二○一八年五月申请辽宁大学硕士学位论文金属有机骨架材料负载离子液体电子结构及吸附性能的理论研究TheoreticalStudyontheElectr

2、onicStructureandAdsorptionPropertyofMOFsSupportedIonicLiquids作者：马宁指导教师：吴阳教授专业：物理化学答辩日期：2018年5月29日二○一八年五月·中国辽宁辽宁大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立完成的。论文中取得的研究成果除加以标注的内容外，不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，不包含本人为获得其他学位而使用过的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中进行了标注，并表示谢意。本人完全意识到本声明的法律结

3、果由本人承担。学位论文作者签名：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的原件、复印件和电子版，允许学位论文被查阅和借阅。本人授权辽宁大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。同时授权中国学术期刊（光盘版）电子杂志社将本学位论文收录到《中国博士学位论文全文数据库》和《中国优秀硕士学位论文全文数据库》并通过网络向社会公众提供信息服务。学校须按照授权对学位论文进行管理，不

4、得超越授权对学位论文进行任意处理。保密（），在年后解密适用本授权书。（保密：请在括号内划“√”）授权人签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日摘要摘要金属-有机骨架（Metal-OrganicFrameworks，MOFs）是一种具有周期性的晶体材料，其拓扑结构由无机金属阳离子（或团簇）和有机配体通过配位键形成。MOFs多孔材料具有可随意调节的孔结构以及超高的比表面积，广泛应用于催化、储氢、气体的吸附分离、化学传感和磁性等领域。近年来，科研工作者在MOFs材料的孔径中负载其他分子，从而影响或提高纯MOFs体系的性能。离子液

5、体（ILs）作为一种新型绿色溶剂应用广泛，但其高粘性制约了发展。最近研究表明MOFs体系可以作为支撑体承载ILs，不仅有望降低离子液体的高粘性，而且有助于提高材料的吸附分离能力。本文将ILs负载于不同MOFs材料的孔径中，系统研究MOFs与ILs之间的作用机理，为选取合适的MOFs体系承载ILs提供相应的理论基础。本文主要是基于密度泛函理论（DFT）中的第一性原理计算，研究不同类型的MOFs结构负载IL，分析电子结构变化、作用强度及对CO2吸附能力的影响。具体研究内容包括：（1）基于DFT方法，探究具有开放金属位点的Zn-MO

6、F-74体系负载咪唑类离子液体（[Emim][BF4]），即Zn-MOF-74@[Emim][BF4]复合体系，分析该体系的稳定性、电子结构变化及对CO2吸附的影响。Zn-MOF-74@[Emim][BF4]复合体系中，IL阴离子与Zn-MOF-74中金属位点Zn发生强库仑作用，由于库仑力成键导致Zn-MOF-74配位构型的改变。IL的负载扰乱了Zn-MOF-74结构的对称性，增强离子间相互作用。Zn-MOF-74@[Emim][BF4]复合体系形变过程伴随着电荷转移，MOF和IL之间发生了化学吸附。在Zn-MOF-74体系中

7、吸附CO2，结合Bader电荷、差分电荷及相互作用图具体分析作用机理。对比分析Zn-MOF-74和Zn-MOF-74@[Emim][BF4]复合体系吸附CO2能力的差异。（2）结合VASP程序和Gaussian09计算，研究具有开放有机配体的MOF-253体系负载[Emim][BF4]的电子结构变化及稳定构型特点，分析该复合体系吸附CO2的作用机理。计算得到MOF-253@[Emim][BF4]复合体系稳定存在，两者之间吸附主要源于电子极化产生的范德华作用力，体系间未发生明显的电子转移，差分电荷及相互作用图明确IL负载于MOF

8、-253体系为物理吸附。在MOF-253I摘要体系中吸附CO2，开放的有机配体作为有效吸附位点，吸附能力较弱。分析了MOF-253@[Emim][BF4]复合体系吸附CO2机理，计算相应的吸附能。关键词：金属-有机骨架（MOFs），离子液体（ILs），Zn-MOF-74，MO