稳定金属有机骨架材料的合成与功能应用研究

发布时间：2017-08-11 14:22

  本文关键词：稳定金属有机骨架材料的合成与功能应用研究

  更多相关文章： 稳定性 金属有机骨架材料 设计合成 荧光传感 CO_2捕获

【摘要】：金属有机骨架材料(MOFs),也称多孔配位聚合物(PCPs),在近二十年来已成为一类非常热门的多孔材料。这不仅是由于其很好的结构可剪裁性、多样性以及超高的比表面积,而且源于其在不同领域的潜在应用,比如气体储存与分离,传感,催化,药物输运等等。然而,MOFs稳定性问题被认为是限制其实际应用的最主要障碍之一。针对大多数MOFs在空气中或水中不稳定这一重要科学问题,本论文主要围绕MOFs的稳定性来开展相关研究工作。1.后合成修饰提高MOFs的湿气/水稳定性我们开发了一种通过简单的气相沉积法将超薄疏水PDMS层修饰到MOFs表面的策略来增强MOFs的表面疏水性,有效阻隔水分子进入MOFs的骨架,从而增强其水／湿气稳定性。相比于其它的后修饰方法,PDMS包覆法不仅简单、普适性好,而且在保持MOFs多孔性方面展现了巨大的优越性。值得指出的是,PDMS包覆MOFs在大大改善MOFs水／湿气稳定性的同时,很好地保持了其原有的多孔性,比表面积以及底物可接触的催化活性位点,这是其它已报道的方法很难做到的。这样一个简单通用的策略将为湿气／水不稳定的MOFs或MOF复合物进入实际应用开辟一条新的途径。2.理性设计合成稳定Zn(Ⅱ)-MOF及其在荧光传感中的应用我们根据软硬酸碱理论,基于羧酸根与Zn(Ⅱ)有利于形成单晶而咪唑氮与Zn(1I)易于构筑稳定配位键,使用一个既包含羧基又含有四唑基团的有机配体合成了一个异常稳定的Zn(Ⅱ)-MOF,命名为USTC-7。该MOF在pH=2-12的水溶液及各种沸腾溶剂中均能稳定存在。值得注意的是,USTC-7在不同的硝基爆炸物中,在荧光上展现了对苦昧酸(PA)特别的高选择性和灵敏性,其荧光淬灭机制可能是由电子转移、能量转移、静电相互作用(PA分子和USTC-7配体上N原子之间)三者共同作用的结果。3.稳定MOF (MIL-101)功能修饰与在CO2捕集中的应用我们确立了一个简便的用不同烷基胺对MIL-101后合成修饰的方法。将烷基胺配位到暴露的Cr(Ⅲ)中心上,提供了与CO2之间新的作用位点和强相互作用,从而显著增强了MIL-101在低压下的CO2吸附,同时降低了其N2吸附量。基于最优化的MIL-101-DETA的稳定性,高CO2吸附量,超高C02／N2选择性,循环性,温和的再生能耗,大比表面积和自由孔空间,其在燃烧后工业废气的CO2捕获以及C02／N2分离的实际应用方面将具有潜在的嘘用前景。
【关键词】：稳定性 金属有机骨架材料 设计合成 荧光传感 CO_2捕获
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O627
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-27
• 1.1 引言11
• 1.2 金属有机骨架材料(MOFs)的研究背景和发展现状11-14
• 1.3 MOFs稳定性研究概况14-21
• 1.3.1 修饰法增强MOFs水稳定性15-17
• 1.3.2 设计合成稳定MOFs17-21
• 1.4 选题目的、意义及主要研究内容21-24
• 1.4.1 选题目的和意义21-22
• 1.4.2 主要研究内容22-24
• 参考文献24-27
• 第二章 后合成修饰法改善MOFs水稳定性27-43
• 2.1 引言27-28
• 2.2 实验部分28-30
• 2.2.1 实验试剂28-29
• 2.2.2 实验步骤29
• 2.2.3 表征方法和手段29-30
• 2.3 分析与讨论30-38
• 2.3.1 MOFs疏水性及PDMS表征30-32
• 2.3.2 coated MOFs稳定性及多孔性表征32-36
• 2.3.3 coated MOFs CO_2吸附与催化活性表征36-38
• 2.4 本章小结38-40
• 参考文献40-43
• 第三章 理性设计合成稳定MOF及其在荧光传感中的应用43-57
• 3.1 引言43-44
• 3.2 实验部分44-46
• 3.2.1 实验试剂44-45
• 3.2.2 实验步骤45
• 3.2.3 表征方法和手段45-46
• 3.3 分析与讨论46-53
• 3.3.1 单晶结构表征与分析46-49
• 3.3.2 稳定性表征49-50
• 3.3.3 选择性荧光传感性能研究50-53
• 3.4 本章小结53-54
• 参考文献54-57
• 第四章 稳定MOF的功能修饰及在CO_2捕获中的应用57-69
• 4.1 引言57-58
• 4.2 实验部分58-59
• 4.2.1 实验试剂58
• 4.2.2 实验步骤58-59
• 4.2.3 表征方法和手段59
• 4.3 分析与讨论59-65
• 4.3.1 多孔性及稳定性表征60-61
• 4.3.2 CO_2捕获性能表征61-64
• 4.3.3 CO_2捕获循环性表征64-65
• 4.4 本章小结65-66
• 参考文献66-69
• 第五章 全文总结及展望69-71
• 5.1 全文总结69-70
• 5.2 展望70-71
• 致谢71-73
• 在读期间发表的学术论文73

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