金属有机骨架材料及其复合物的制备和性能研究

【摘要】金属有机骨架配合物(Metal-OrganicFrameworks,简称MOFs)是由金属离子和多功能有机配体白组装而形成的配位聚合物。MOFs以其可控的形貌、结构的多样性和较高的热稳定性以及较大的比表面积在多个科学领域如化学催化、药物缓释、氢能的储备以及生物医学等已经展现了诱人的前景。巨大应用价值和良好的应用前景以及其易调节的有机官能团和金属节点,越来越多的MOFs材料被制备出来。但是到目前为止,对MOFs材料的应用开发还是远远不够的。为了延伸这种材料的应用范围,基于MOFs的复合材料以及以MOFs为模板的衍生物被制备出来。近年来,越来越多的磁性MOFs材料被合成出来。结合了MOFs材料的多孔性质和磁性质的双重优势,这种结构的MOFs材料在循环利用催化磁分离、磁共振等领域的潜在应用可能性越来越多的被人们所挖掘出来。在本论文中合成了磁性的MOFs材料并且验证了其在有机催化方面的应用。同时为了能够更大化的利用MOFs材料,我们通过煅烧磁性的MOFs材料得到MOFs衍生物,实验表明这种材料具有良好的光催化效果。具体的研究成果如下：1.随着科技的发展,水污染越来越严重,其中重金属离子的污染最为突出,如何解决这个问题成为了科学家们亟待解决的的问题。本文通过传统的水热法合成了钙的有机金属骨架材料。通过扫描电镜我们发现,这种MOFs材料呈现的是棒状结构。特殊的结构和形貌让这种材料可以去除污水中大部分的重金属离子。我们通过研究这种材料交换过程中形貌和离子浓度的变化,初步的推断出了离子交换的机理。同时钙MOF交换量大,且其制作方法简单,为大量的工业合成提供了可能性。2.MOF材料具有较多的有机催化点和较高的比表面积以及稳定的结构,是一种较为理想的催化材料。但是这种材料在回收利用时比较繁琐,难以操作。本文通过合成磁性的金属有机骨架材料(Fe3O4/MOFs)将MOFs引入磁学领域,为MOFs材料的应用提供了一个更加广阔的平台,同时发现通过磁性材料的引入可以一定程度的提高苯甲醇的氧化速度。磁性材料在循环利用后催化效果没有减弱,表明这种材料性能稳定,为以后其工业催化氧化有机物提供了一种可能性。3.MOFs拥有纳米尺寸的特征和超分子的结构是一种较为理想的固态煅烧的前驱体。越来越多的人利用其作为基板制作了其他的多孔材料。本文在高温无氧条件下通过煅烧HKUST-1制备了多孔的纳米级别的铜金属单质。为了解决其在应用时难分离和提取的问题,引入了具有磁性质的四氧化三铁微球,合成了磁性的核壳结构的复合物Fe3O4@C/Cu,这种磁性复合物在可见光条件下加入少量双氧水对水中的有机污染物表现出较高的催化分解效果,多次循环后,结构和催化性能稳定。
【作者】张永飞；
【导师】裘灵光；
【作者基本信息】安徽大学，无机化学，2014，硕士
【关键词】金属有机骨架；离子交换；磁性材料；有机催化；可见光催化；

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