碱金属调控UTSA-16的制备及在二氧化碳转化和一氧化碳氧化中的应用

发布时间：2020-05-09 19:46

【摘要】：金属-有机框架化合物(Metal-Organic Frameworks,简称MOFs)具有大的比表面积、高的孔隙率、有序的孔道、孔道可调等特点。因此,被广泛地应用到二氧化碳的吸附和转化领域。UTSA-16结构中含有大量的微孔结构,有利于CO_2吸附;同时,孔道中的K~+也具有吸附和活化二氧化碳的作用。因此,它被报道为对二氧化碳吸附量第二高的MOF材料;另外,该结构中含有配位不饱和的Lewis酸位点可以活化环氧化合物。因此,该材料被用于催化二氧化碳和环氧化合物生成环状碳酸酯的反应中。于是,我们设计合成了一系列碱金属离子交换的UTSA-16,并研究了其对二氧化碳的吸附和转化性能。随后,我们将碱金属调控的UTSA-16作为前驱体在空气氛围中焙烧,合成了碱金属调控的Co_3O_4,并研究了该材料的一氧化碳转化规律。第一部分内容:根据文献合成了微孔UTSA-16,并以此为母体,通过离子交换的方法制备了一系列的M-UTSA-16(M:Li、Na、K、Rb、Cs),并用PXRD,TGA,ICP,BET等手段表征了该材料的组成、结构和性质。然后,将这一系列的材料应用于二氧化碳的吸附和转化中。研究发现:在CO_2的吸附中,K-UTSA-16显示了最高的吸附量;而在二氧化碳和环氧化合物生成环状碳酸酯的催化转化反应中,Li-UTSA-16表现出最高的催化活性和良好的循环稳定性。第二部分内容:以M-UTSA-16为前驱体,通过马弗炉在空气氛围下焙烧制备了一系列的M@Co_3O_4(M:Li、Na、K、Rb、Cs),并通过PXRD、H_2-TPR、O_2-TPD、ICP、BET、XPS和FI-RT表征了材料的各种物理和化学性质。最后,将碱金属调控的四氧化三钴应用到一氧化碳的催化氧化反应中,发现Cs@Co_3O_4具有最好的催化活性。这归因于Cs的加入有利于晶体结构中钴氧键的断裂使得晶格中的氧更容易释放,进而发生催化反应。
【图文】：

对苯二甲酸,课题组,金属有机,骨架化

图 1.1 MOFs 的组成和结构 90 年代，，Yaghi 首次提出了“金属有机骨架化合物并报道了以 Zn2+为金属节点、对苯二甲酸为配体合物；该化合物具有良好的热稳定性，当程序升温坍塌。随后，Yaghi 课题组又合成了一系列的 M，他们又通过改变不同的配体合成了具有拓扑结 1.2，其孔径大约为 3.5-30 ，并且该系列催化剂时，Yaghi 开启了继分子筛和多孔碳材料以后的无，研究人员纷纷开始研究此材料，推动了该材料的Fe′rey 课题组首次合成了具有拓扑结构的 MIL-10三聚体和对苯二甲酸自组装形成的具有四面体结笼的晶体。

溶剂热法,水热法,方法

图 1.2 IRMOF-n 系列，现有的合成 MOFs 材料的方法很多，如溶剂热法、水热法波法和机械化学法等。溶剂热法是指利用有机溶剂（常用的MF 等）溶解无机金属离子和不同的配体，在一定的温度下合。水热法是指以水为反应媒介，在高压釜中合成晶体的方法往往有较好的结晶度，但是所用的高压反应釜价格较贵且不过程。超声合成法是在超声的辅助下，不需要溶剂并且反应几分钟的合成方法。它的缺点是反应不易控制，超声反应器室小规模合成，很难实现工业化生产。微波法则是利用微波法，该法合成速度快、节省时间。以上方法各有自己的优缺操作简便、合成的晶体结晶度较高，因此是目前使用最多的为止，被发现的 MOFs 材料多达几万种，并且每种材料有不学性质，被应用到很多领域，如气体的吸附、分离、存储、储能、催化等领域[5-6]。另外，MOFs 材料还可以作为前驱体成碳材料或是金属氧化物。这些为我们后续研究和应用 MO
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O641.4

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