理论模拟甲烷在两类MOFs中的吸附与分离
发布时间：2021-11-12 06:22
多孔材料凭借其低密度、多孔性、可调节孔结构、高比表面积等特点以及在引入特征官能团后能够在气体存储与分离、传播性能、光电性能、催化活性、选择渗透性等方面表现出优良的特性,并广泛被应用于制作航空航天材料、隔音材料、电池电极、光电子元件与高效分离膜等。其中,在气体存储与分离方面,孔材料具有不可替代的作用,因而在这领域的开发具有巨大潜力。资源枯竭,环境污染等现实问题日益突出,以甲烷为代表的新能源逐渐引起人们的关注。本论文,通过取代、组装等方式设计了两类新型多孔材料,并采用计算模拟手段探究了甲烷气体吸附与分离性能,为实验合成提供理论依据。具体包括:1.运用巨正则蒙特卡洛（GCMC）模拟和色散矫正密度泛函理论（DFT-D3）方法研究了新型MOFs材料（CAU-17-X）的气体吸附与分离性能。在对比六种不同组分的二元混合气体在不同多孔材料（包括UMCM-1、Cu-BTC、CAU-17、ZIF-8、IRMOF-1和COF-5）中的气体选择性后,发现CAU-17材料表现出了高的CH4/H2选择性。接着,通过运用卤素原子和羟基取代苯上的H原子的方式设计了一系列官...
【文章来源】：东北师范大学吉林省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：45 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
通过两种不同的有机链合成两种多孔原始立方网结构的MOFs材料
图 1-1 通过两种不同的有机链合成两种多孔原始立方网结构的 MOFs 材料。1.2.2 共价有机骨架材料（COFs）共价有机骨架材料是以轻元素 C、O、N、B 等以共价键连接而构建，经热力学控制的可逆聚合形成的有序多孔结构的晶态材料。它最初的合成思路来源于 Yaghi 及其同事提出的 MOFs 材料。MOFs 的结构由于其成键本质和合成方法的限制，导致其结构往往处于亚稳态。在潮湿、酸、碱条件下，容易因为配位键被破坏而出现结构坍塌的现象。但是，在热力学控制下，有机单体快速可逆聚合而形成的 COFs，由于其是通过共价键连接的，所以能够表现出稳定结构。按照材料中所呈现出的空间结构给 COFs 进行划分，可以将其分为二维 COFs[16-18]和三维 COFs[5, 19]。最早合成的二维 COFs 是 COF-1 和COF-5[4]，它们都是典型的平面结构。首批合成的三维的 COFs 包含 COF-102、COF-103、COF-105 以及 COF-108[5]等。图 1-2 列举了一些常见的 COFs 材料的晶体结构。随后，又相继合成了其他种类的三维 COFs，例如 COF-202、COF-300[19]等。
或咪唑的衍生物替代了传统的铝硅酸盐结构中的桥氧。由于咪唑链和金属相互作用，导致许多 ZIFs 展现出了优秀的热稳定性和化学稳定性[20]。Z具有多孔性、热稳定性，使其在天然气分离和储存方面很有前景，以及由的孔径(通常小于 5 埃)和丰富的晶体形状等优点，使其同样在选择催化方作用[21]。其中，咪唑、苯并咪唑、5-二氯咪唑、咪唑-2-甲醛等 16 种配体配体中最为常见。在合成过程中，丰富的配体种类导致合成出的多孔材料样表现出多样性。晶体结构往往决定其性质，由于其晶体结构存在多样性料在各个方面所表现出的性能也将会有所不同。在多种 ZIFs 材料中，ZI钠石结构的晶体。通过之前实验工作者的研究表明，ZIF-8 不仅仅拥有高气体存储方面同样表现出了优良的性能，可以用于 CH4和 H2存储[22, 23]-8 材料中还含有独特的六边形环孔道（约为 3.4 埃，见图 1-3），由于六边在，导致其骨架原子和不同的气体之间会存在不同的相互作用。根据多孔子之间的相互作用的差异，从而可以实现混合气体之间的分离。经过研究现，ZIF-8 材料凭借其独特的六边形环孔道，可以用于从大分子气体和 H分离 H2[24]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]环糊精基的金属有机骨架的合成及负载5-氟尿嘧啶的研究[J]. 朱培培,孙龙江,杨小宁,杨西亚,沙靖全,吴连贺,张倩男. 分子科学学报. 2016(03)
本文编号：3490344
【文章来源】：东北师范大学吉林省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：45 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
通过两种不同的有机链合成两种多孔原始立方网结构的MOFs材料
图 1-1 通过两种不同的有机链合成两种多孔原始立方网结构的 MOFs 材料。1.2.2 共价有机骨架材料（COFs）共价有机骨架材料是以轻元素 C、O、N、B 等以共价键连接而构建，经热力学控制的可逆聚合形成的有序多孔结构的晶态材料。它最初的合成思路来源于 Yaghi 及其同事提出的 MOFs 材料。MOFs 的结构由于其成键本质和合成方法的限制，导致其结构往往处于亚稳态。在潮湿、酸、碱条件下，容易因为配位键被破坏而出现结构坍塌的现象。但是，在热力学控制下，有机单体快速可逆聚合而形成的 COFs，由于其是通过共价键连接的，所以能够表现出稳定结构。按照材料中所呈现出的空间结构给 COFs 进行划分，可以将其分为二维 COFs[16-18]和三维 COFs[5, 19]。最早合成的二维 COFs 是 COF-1 和COF-5[4]，它们都是典型的平面结构。首批合成的三维的 COFs 包含 COF-102、COF-103、COF-105 以及 COF-108[5]等。图 1-2 列举了一些常见的 COFs 材料的晶体结构。随后，又相继合成了其他种类的三维 COFs，例如 COF-202、COF-300[19]等。
或咪唑的衍生物替代了传统的铝硅酸盐结构中的桥氧。由于咪唑链和金属相互作用，导致许多 ZIFs 展现出了优秀的热稳定性和化学稳定性[20]。Z具有多孔性、热稳定性，使其在天然气分离和储存方面很有前景，以及由的孔径(通常小于 5 埃)和丰富的晶体形状等优点，使其同样在选择催化方作用[21]。其中，咪唑、苯并咪唑、5-二氯咪唑、咪唑-2-甲醛等 16 种配体配体中最为常见。在合成过程中，丰富的配体种类导致合成出的多孔材料样表现出多样性。晶体结构往往决定其性质，由于其晶体结构存在多样性料在各个方面所表现出的性能也将会有所不同。在多种 ZIFs 材料中，ZI钠石结构的晶体。通过之前实验工作者的研究表明，ZIF-8 不仅仅拥有高气体存储方面同样表现出了优良的性能，可以用于 CH4和 H2存储[22, 23]-8 材料中还含有独特的六边形环孔道（约为 3.4 埃，见图 1-3），由于六边在，导致其骨架原子和不同的气体之间会存在不同的相互作用。根据多孔子之间的相互作用的差异，从而可以实现混合气体之间的分离。经过研究现，ZIF-8 材料凭借其独特的六边形环孔道，可以用于从大分子气体和 H分离 H2[24]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]环糊精基的金属有机骨架的合成及负载5-氟尿嘧啶的研究[J]. 朱培培,孙龙江,杨小宁,杨西亚,沙靖全,吴连贺,张倩男. 分子科学学报. 2016(03)
本文编号：3490344
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