基于离子液体结构基元的金属—有机框架材料的构筑及性能研究

发布时间：2020-09-21 21:58

　　金属-有机框架结构(Metal-organic Frameworks,MOFs)是由有机配体和金属离子或团簇通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙的有机-无机杂化材料。相比于其他无机材料,MOFs其自身具有相对较大的比表面积与孔隙率,同时其有机框架还具有可修饰性与的特点。由于MOFs晶体可调控性与可功能化的独特优点,因此,作为热点研究的MOFs在气体吸附分离、异相催化、分子识别检测、生物医学等领域具有广泛应用。据我们了解,离子液体在气体吸附性能与选择性性能方面都有突出的表现,具有十分关键的研究意义。将离子液体功能化基团修饰在具有较大的比表面积与孔隙率的纳米材料MOFs上,对二者的功能进行富集,即可实现兼具载体与离子液体多功能的纳米材料MOFs。再利用高分子材料将多功能的粉末状纳米材料MOFs交联、集中、器件化,从而可以得到集高分子材料性能、离子液体性能与纳米材料MOFs性能与于一身的多功能材料,也为MOFs实现大规模应用,工业化,提供了良好的应用前景。I.利用合成的含有咪唑摀盐的配体与金属离子锆自组装合成了Ui O-67同构的MOFs:Ui O-67-IL,在此基础上,研究了Ui O-67-IL在273K与298K下对不同气体(二氧化碳、氮气、甲烷)吸附作用,Ui O-67-IL对二氧化碳具有相对较高的吸附能力与选择性,于是将其用作二氧化碳的固定剂的同时,在相对温和的条件下,将Ui O-67-IL作为非均相催化剂催化二氧化碳与环氧化合物的环加成反应,实现对此反应的高效催化与催化剂的循环利用,完成了将两者功能的富集与应用。II.在之前的研究基础上,利用合成的含有羟乙基咪唑盐的配体与金属锆离子通过自组装合成了Ui O-66同构的MOFs:Ui O-66-IL-Br。在此基础上,将Ui O-66-IL-Br进行离子交换得到不同阴离子的Ui O-66同构的Ui O-66-IL-Cl O4,分别对其在对二氧化碳的吸附能力与选择性进行了深入研究,Ui O-66-IL-Cl O4对二氧化碳的吸附能力与选择性远远优于其他三种。同时,为了解决纳米颗粒难以成型,器件化的缺点,将Ui O-66型纳米粒子(NPs)和端异氰酸酯封端的聚氨酯低聚物进行后合成聚合,成功构建了双功能稳固的化学交联的NMOF膜,此化学交联的NMOF膜,依然保留了Ui O-66-IL-Cl O4对二氧化碳所特有的吸附能力与选择性,同时,可以作为器件化的二氧化碳的固定剂与异相催化剂实现二氧化碳与环氧化合物的环加成反应的高效催化。研究表明,通过前合成具有功能化的有机配体,将功能基团引入到MOFs框架中去,可以实现两者功能化富集,同时,利用高分子材料可以将纳米颗粒MOFs集成化,器件化真正实现功能化纳米颗粒MOFs在异相催化、气体分离、检测识别、生物医学等方面的应用。
【学位单位】：山东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O641.4
【部分图文】：

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