金属有机骨架配合物MOF-5的合成及其储氢性能研究

发布时间：2020-08-07 21:41

【摘要】： 金属有机骨架配合物是一族类沸石材料。该类型材料由于结构的丰富性、可调性，孔道的多样性，高比面积等特点，在催化、分离、储存气体领域都被视为理想材料，尤其在储存气体方面更是得到同行学者的广泛认可。金属有机骨架配合物MOF-5为该种材料的典型代表，它为三维立体结构，具有较高的比表面积、均一的孔道结构，较大的孔容积，表现出良好的储氢性能。 由于文献报道的结果存在较大的争议，本文系统研究了MOF-5样品的合成及其储氢性能。本文采用三乙胺直接加入法、三乙胺缓慢扩散法和溶剂热法合成了MOF-5。实验考察了反应时间、反应温度、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)和三乙胺(TEA)对合成的影响。采用XRD、IR、TG-DTA、SEM分析技术对样品进行表征。实验结果表明：无论哪种合成方法，相对结晶度较高的MOF-5样品都是在Zn(NO_3)_2·6H_2O／对苯二甲酸(H_2BDC)=2／1(摩尔比)的配比下得到的。三乙胺直接加入法和三乙胺缓慢扩散法在DMF／H_2BDC=258.5(摩尔比)，TEA／H_2BDC=7.91(摩尔比)，反应时间分别为2h和48h条件下得到相对结晶度较高的MOF-5粉晶样品；溶剂热法在DMF／H_2BDC=161.5／1，100℃晶化24h的条件下合成了MOF-5的大单晶。通过对三乙胺直接加入法和缓慢扩散法中引入H_2O_2合成样品的具体实验发现：在三乙胺缓慢扩散法中，H_2O_2有利于形成相对结晶度较高的MOF-5样品，而在三乙胺直接加入法中未能达到理想的效果。 由于合成的MOF-5样品中含有大量的DMF客体，这些客体占据骨架中的可用空间，堵塞了部分孔道，严重影响样品的储氢能力。为了提高样品的储氢能力，本文采用升温活化和氯仿溶剂萃取两种方法除去骨架中滞留的客体分子。研究表明，采用升温活化样品，只需将样品在250℃活化12h，客体就可被完全脱附；氯仿处理样品的方法也能达到完全除去客体的目的，但考虑到实验的简洁性，最终采用升温活化的方法脱附客体。 论文研究了三乙胺直接加入法、三乙胺缓慢扩散法和溶剂热法合成的MOF-5以及合成中加入H_2O_2得到的MOF-5的储氢能力。采用XRD、SEM和氮吸附表征方法表征样品后发现：三种方法合成的样品和合成中加入H_2O_2得到的样品在外观和孔参数上都有所不同，外观表现在样品颗粒大小不同；孔参数体现在比表面积、孔容的较大差别。研究表明：MOF-5的储氢能力与样品的比表面积和孔容有关，样品的比表面积越大，孔容越大，储氢性能就越好。这同时也证明了MOF-5的储氢机理属于典型的物理吸附。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：O641.4;TK91
【图文】：

M.Yaghi等人合成的MOF一5[36]是一系列MoF一n材料中最典型的Mo]日材料。它是由四个zn2+和一个02一形成【zr、016+的无机基图1一 6MOF一5的晶体结构示意图 F19.1一 6Sehemeofframework strueturesofMOF一5团，这个基团和 [OZc一C6风一c02]’一以八面体形式连接，形成三维立体的骨架结构(见图l一6)。MoF一5(Fm一3m)为立方晶体，a=25.6690(3)A，v=169一3.2(3)A。是一种比表面积高、具有较大孔容积、孔道结构规则的多孔材料。而且该种材料表现出良好的储氢性能。自MOF一5首次被合成以来，大量的科研工作者对该种材料的功能性进行了研究，尤其在储氢领域进行了研究。近些年来，科研工作者对MOF一5这种新型材料的研究一直保持极大的兴趣。有一批课题组先后报道了MOF一5的合成和储氢能力。它的合成有两种方法

图4一7三乙胺直接加入法合成样品的SEM图 F19.4一 7SEMimageofMOF一 5synthesizedbydireetmixingofTEA图4一8三乙胺直接加入法加入I书O:合成样品的SEM图 F19.4一 8SEMimageofMOF一 5synthesizedbydireetmixingofTEAm.:thod withadditionofHZOZ4.3.2三乙胺缓慢扩散法得到样品的SEM图4一9为三乙胺缓慢扩散法合成样品的SEM图。缓慢扩散法中加入H20:得到样品40

太原理卜大学硕十研究生学位论文也用电子扫描电镜进行观测，用于考察H20:白勺加入对其样品形貌的影响，见图4一1认图4一9三乙胺缓慢扩散法合成样品的SEM图 F19.4一 9SEMimageofMOF一5synthesizedbyslowdiffUsionofTEAmethod图4一!o三乙胺缓慢扩散法加入HZO:合成样品的SEM图 F19.4一 10SEMimageofMOF一 5synthesizedbyslowdiffusionofTEAmethod withadditionofHZOZ

【同被引文献】

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本文编号：2784562