金属有机骨架的手性修饰及其在手性分离、识别中的应用

发布时间：2020-10-26 04:13

　　 金属-有机骨架(MOFs)作为一类独特的配位聚合物,存在于组织良好的晶体结构中,并呈现出不同的配位几何形状。金属和有机桥连配体的多样性提供了许多MOF的结构和功能变化,并将材料引导至各种较有前景的应用中,如催化,气体储存,色谱分离,化学传感,膜和药物递送。考虑到手性的重要性,今天手性研究已经扩展到许多领域。最活跃的领域之一是设计和合成手性MOF,并探索其在各种有成效的研究领域的应用,包括不对称催化,分子识别,非线性光学和对映选择性分离。手性MOFs的几个结构特征,例如它们大的内表面积,高吸附容量,有效孔隙率,化学和热稳定骨架以及高于所有的手性气氛,在应用到上述研究领域中起着至关重要的作用。然而对研究工作者来说,设计和合成出具有高效分离和识别性能的手性MOFs,还是一项很有挑战性的工作。通过对金属有机骨架进行表面修饰也已经被证明是改变其表面性质的有效方法。表面修饰,并不改变主体金属有机骨架的内部的性质,这样也不会改变主体金属有机骨架孔的大小和性质。根据所使用的表面修饰的材料的性质,这些性质可以集合到复合材料中。例如,UIO-66-NH2@PANI复合材料被用来进行铬离子的检测,MOP-PVP复合材料膜展现出了提高的低湿度质子导电率。通过修饰PDMS在MOF-5的表面极大的提升了 MOF-5的稳定性。然后通过对非手性金属有机骨架的表面进行手性修饰,从而改变非手性金属有机骨架的性质的相关报道还很少,本文主要是以金属有机骨架为载体,通过对其表面进行手性修饰使其表面功能化,并将该材料应用于对映异构体选择性识别和分离。1.我们通过表面手性刻蚀制备出了一种新型的非手性的核@手性壳结构的复合材料。我们分别选取[Cu3(Btc)2]和[Cu2((+)-Cam)2Dabco]来作为复合材料中非手性核和手性壳的组成成分,需要指出的是这是第一次提出并合成出这种复合结构材料。后来我们又通过各种有效的表征手段,初步研究了这种复合结构材料的生长过程,我们定义这个过程:表面手性刻蚀过程。需要强调的是这种复合结构材料的生长不依赖于它们各自晶胞的匹配。后来,我们研究了这种复合的材料的吸附和分离的性能。我们选择了一对(S)-和(R)-柠檬烯(limonene)来作为手性探针分子,(S)-和(R)-limonene因为没有活性基团所以不会影响它们的物理吸附行为。经过我们设计的体积法吸附分离实验,这种复合的材料展示出了对S-limonene和R-limonene相似的饱和吸附能力,但是对于S-limonene的吸附速率更快的结果。2.我们把电导率,手性和孔隙度的整合到一个复合材料(MIL-101@c-PANI)中,并研究了它对对映异构体的选择性识别和吸附。我们选择了一对L-和D-香芹酮(carvone)来作为手性探针分子。整体来说,手性聚苯胺(c-PANI)、MIL-101@c-PANI和MIL-101对L-和D-carvone的吸附行为符合准一级吸附过程拟合。MIL-101@c-PANI表现出与c-PANI类似的对映选择性,但MIL-101@c-PANI对L-carvone吸附量要比对D-carvone的吸附量高得多(5倍)。并且,利用c-PANI的电导率,MIL-101@c-PANI能够通过电化学传感识别L-和D-carvone的手性。我们的结果证明了通过安装手性门和导电门应用非手性MOF进行手性分离的可行性。简便,便宜和多功能的MIL-101(c-PANI具有在线手性鉴别和分离应用的高潜力。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O641.4;O652.6
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 手性MOFs设计合成与应用
        1.2.1 手性MOFs材料的结构特点以及研究进展
        1.2.2 手性MOFs合成方法
        1.2.3 手性MOFs研究进展以及应用
            1.2.3.1 手性MOFs作为催化反应催化剂
            1.2.3.2 手性MOFs用于对映异构体分离
    1.3 核壳结构MOFs合成方法以及研究进展
        1.3.1 核壳结构MOFs的发展
        1.3.2 核壳结构MOFs合成方法
        1.3.3 核壳结构MOFs的相关应用
            1.3.3.1 核壳结构增加材料的稳定性
            1.3.3.2 优化金属纳米颗粒材料的性能
            1.3.3.3 改善MOFs的选择性分离的性能
    1.4 本论文的选题目的、意义以及研究内容
    参考文献
第二章 金属有机骨架的表面手性蚀刻及在手性分离中应用
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验试剂与仪器
        2.2.2 材料的制备
        2.2.3 选择性分离实验
        2.2.4 物理模型拟合样品吸附过程的机制
    2.3 结果与讨论
3（Btc）₂]@[Cu₂（（+）-Cam）₂Dabco]的结构表征'>        2.3.1 [Cu₃（Btc）₂]@[Cu₂（（+）-Cam）₂Dabco]的结构表征
        2.3.2 对映异构体选择性分离结果与讨论
    2.4 本章小结
    参考文献
第三章 聚合物修饰的金属有机骨架在手性分离和识别中的应用
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验试剂与仪器
        3.2.2 材料的制备
        3.2.3 Carvonre吸附动力学速率测试实验
        3.2.4 手性识别的测试
        3.2.5 物理模型拟合样品吸附过程的机制
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 MIL-101@chiral PANI的结构表征
        3.3.2 MIL-101@chiral PANI对映异构体选择性识别的结果与讨论
        3.3.3 MIL-101@chiral PANI对映异构体选择性分离的结果与讨论
    3.4 本章小结
    参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果

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本文编号：2856473