沸石咪唑酯骨架材料的成型研究开题报告

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1、目录1.课题名称：沸石咪唑酯骨架材料的成型及烃类分离性能研究12.文献综述：12.1ZIFs化合物的背景介绍12.2ZIFs化合物的国内外研究现状22.3ZIFs化合物的性能及应用42.4ZIFs化合物的展望43研究计划：53.1论文选题的立论、目的及意义53.2本课题的主要研究内容63.3研究方案73.3.1技术方案73.3.2实施方案所需要的条件83.3.3拟解决的关键问题83.4本课题难点分析83.5预期的研究成果及创新点84.参考文献911.课题名称：沸石咪唑酯骨架材料的成型研究2.文献综述：2.1ZIFs化合物的背

2、景介绍金属有机骨架材料（MOFs）是利用金属离子同有机配体之间的金属-配体络合作用而自组装形成的超分子微孔网络结构。该材料具有比表面积大、孔径可控、孔结构多样等特点，在吸附分离、气体储存、催化剂等领域有潜在的应用前景[1]。随着工业革命的开始，人们逐渐进入了科技文明，物质文明得到了很大程度的发展，生活质量有了显著的提高。但是，这些进步都是建立在大量物质能源消耗的基础之上。矿物燃料大量开采，森林资源过渡砍伐，这些行为所带来的直接后果就是大气中温室气体，尤其是二氧化碳的含量严重超标。因此，越来越多的科学家开始了致力于吸附温室气体

3、的材料的研究[2,3]。多孔配位聚合物是一种很具潜力的二氧化碳吸附材料[4]。但研究者发现金属有机骨架材料较一般的无机和有机多孔材料有特殊的优势，因此成为了科学界广泛关注的焦点[5]。但是，大多数金属有机骨架材料的水热稳定性较差，这极大的限制了其在相当领域的应用。因此，各国科学家竞相研发能够弥补这方面缺陷的新型金属有机骨架材料。他们发现将这种材料的配体修饰或改性，可大大提高其吸附功能和选择性，对解决温室效应和温室气体问题有很大的帮助。美国的Yaghi教授及其研究小组率先在这方面获得了引人注目的研究成果，Yashi教授分别在《

4、自然》、《科学》杂志上发表了其最新研究，研发出了一种新型的多孔晶体材料——沸石咪唑酯骨架结构材料（ZIFs）[6]。作为金属有机骨架（MOFs）材料的亚体，沸石咪唑酯骨架材料（ZIFs）是一类以咪唑及其衍生物为配体的金属有机骨架材料，其结构与沸石分子筛十分相似[7]，我们经常提到的沸石是以硅氧四面体或铝氧四面体为初级结构单元，通过共用一个氧原子，以桥氧键相连，形成了具有一定空间结构的多孔材料，其结构中Si-O-Si的键角为145°。而新型材料ZIFs是用Zn或Co等金属替代分子筛中的Al和Si，用咪唑及其衍生物替代分子筛中的

5、桥氧键。咪唑-Zn-咪唑的键角同Si-O-Si的键角极其相似，基本是145°[6]。这种新型材料兼备了传统无机沸石稳定性好，以及MOFs材料孔径大，有机特性突出的特点。研究者发现，一些ZIFs多孔材料对二氧化碳的捕获以及存储有着异乎寻常的影响，因此，我们可以对其开展进一步的探索。鉴于ZIFs材料具有拓扑性，我们可以通过改变这种材料的配体，或者将其进行改性。这可以在一定程度上克服了MOFs材料的热稳定性和化学稳定性差的缺点，并且与传统沸石相比，它具有产率高、微孔结构便于调整、结构和功能变化多样的特点，这可以大大提高其吸附功能和

6、选择性，更加有效地解决环境问题[8]。到目前为止，Yaghi教授已经成功合成出了ZIFs(1-100)。下图是几组ZIFs化合物的结构图。将过度金属离子嵌入有机结构单元的空隙中，形成新型沸石结构的工艺，一直以来是一个很大的挑战。但是合成这种新型沸石是十分有意义的，因为这些微孔可以由密集且高度有序的过度金属位点连接而成，这些位点的带电性以及空间结构是可以通过这些功能性有机连接来调控的。因此，这在催化等相关领域的应用是很广泛的。ZIFs的合成的方法主要有三种：溶剂热法、液相扩散法、模板法。其中溶剂热法最为科学界所使用[6]。可以

7、得到高纯度的结晶态固体配合物。高结晶度的ZIFs材料基本上是通过热溶剂法11获得的，这种方法是将必须的金属盐水合物和咪唑类连接配体加入到氨基化合物溶液中（通常选择氮-氮二甲基甲酰胺），然后将混合物在水热釜中加热，最后可以得到我们所需要的ZIFs多孔材料。最近Yaghi等人使用了一种改进的溶剂热合成方法，该方法是按照金属同配体的比例是1：1到1：12，将浓度为0.075~0.2mol/l，按浓度梯度分别放入100块9600孔板中，每个孔的容积是0.3μl，加聚四氟乙烯的盖子进行密封，然后加热到65℃~150℃，并且在该温度下反

8、应48~100小时。通过对所得的晶化产品进行分析，研究人员得出结论：浓度在0.2mol/l，反应时间72小时，恒温温度在85℃~100℃，是ZIFs合成和晶化的最佳条件。此法具有高效性和快速筛选性。Yaghi等人较短时间内就完成了9600个化学反应。他们此次合成得到的25种新ZIFs结构，