金属有机骨架材料在吸附和催化中的应用.pdf

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1、ApplicationsofMetal—OrganicFrameworkstoAdsorptionandCatalysisThisThesisSubmittedtoZhejiangNormalUniversityfortheRequirementsforaDegreeofMasterofScienceHuixianYuProf．dr．ir．WeidongZhuProf．dr．JianwuXieKeyLaboratoryoftheMinistryofEducationforAdvancedCatalysisMaterials,InstituteofPh

2、ysicalChemistryZhejiQngNormalUniversityMay2012金属有机骨架材料在吸附和催化中I摘要金属有机骨架材料(Metal．organicframework，MOFs)作为一类新型的多孔材料，在过去二十年中，无论是在前期的合成还是后期的性能研发上都得到了快速的发展。MOFs材料之所以成为目前科学界的研究热点，是因为这一类材料自身具诸多优良性能，例大的比表面积、高的孔隙率、可裁剪孔道结构、化学可修饰等。众多设计合成的MOFs材料除了在气体吸附、存储和分离中的应用外，还广泛地应用到光学、磁学、药学、催化、荧光等领域。在M

3、OFs材料已有的结构特征和应用基础上，通过化学修饰，研发其性能具有重要的理论研究意义和实际应用价值。本文在以下几个方面展开了工作：1．NH2．Fe．MIL．101材料的合成。通过调变所加入混合配体BDC和NI-12．BDC中氨基配体的含量，合成了具有高热稳定性、高氨基含量、高比表面积和孔隙率的NH2一Fe—MIL一101材料。通过．196℃下N2吸附和热重分析表征，结果表明不同氨基含量的样品其比表面积、孔容积和热稳定性随氨基含量的增加呈现降低趋势。这是由于氨基配体的加入增大了孔道间的空间效应，降低了分子骨架的稳定性。采用体积法测定了氨基材料上C02的

4、吸附等温线，结果表明该材料对C02具有强的吸附亲和性和高的吸附容量。2．CPO．27(Ni)的合成及对气体吸附性能的研究。合成了CPO．27(Ni)，并将其应用于C02／CH4和C2H4／C2H6吸附分离。结果表明，由于CPO一27(Ni)@的不饱和镍离子与C=O(C02)和C=C(C2H4)dO的兀键问存在强的相互作用，对C02和c2H4具有较高的吸附选择性，用理想吸附溶液理论预测了C02／CI-14和C2HdC2H6混合气体在CPO。27(Ni)上的吸附分离性能。3．合成、活化MIL一101(Cr)，后嫁接获得的NH2-MIL一101并应用于碱催

5、化反应中。系统研究了不同极性的醇(乙二醇、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和戊醇)和热的NH4F溶液作为溶剂对合成MIL-101(Cr)活化影响。在优化条件下，获得具有高比表面积的MIL一101(Cr)(Langmuir比表面积为5777cm3g。1)。以乙二胺为胺源后嫁接得到不同氨基含量的NH2．MIL．101催化剂，通过元素分析和红外表摘要征证实已成功地将氨基嫁接到了MIL．101(Cr)上。将制备的催化剂应用到诺文格尔缩聚(Knoevenagelcondensation)和亨利反应(Henryreaction)中，通过筛选反应溶剂、反应时问和不同氨基含量

6、的催化剂获得最佳反应条件。首次将氨基功能化MIL．101应用于亨利反应中，一步制各重要有机中间体0【一硝基苯乙烯。关键词：金属有机骨架材料；后嫁接；氨基功能化；吸附分离；催化IIApplicationsofMetal—OrganicFrameworkstoAdsorptionandCatalysisABSTRACTMetal-organic行arneworks(MOFs)，asanewclassofporousmaterials，havebeenrapidlydevelopedinthelast20yearsintermsofeithertheiri

7、nitialsynthesisortheirlaterapplication．ResearchonMOFshasbecomeahottopic，mainlyduetoMOFspossessingsomeexcellentproperties，suchaslargespecificsurfacearea,highporosi够，adjustableporesize，andchemicalmodification．ThesynthesizedMOFshavebeennotonIyappliedtogasadsorption，storage，andsepa

8、rationbutalsotooptics，magnetics，pharmacy，catalysis，flu