Zr4+為中心離子9,10-蒽二甲酸為配體的骨架材料UIO-66(H2ADC)合成及性能研究.pdf

1、金屬有機骨架材料(MOFs)是由金屬離子或金屬簇為中心和有機配體為橋梁通過自組裝而形成的一類新型晶體結構的功能材料。MOFs因其結構可設計、密度輕和高比表面積，已顯示其在催化、氣體分離和儲存等領域的重要應用而成為材料研究的熱點，然而，大多數(shù)MOFs在物理化學穩(wěn)定性上存在不足，同時用于難以極化和吸附的氫氣存儲功能化MOFs材料研究進展緩慢，因此合成出具有高穩(wěn)定性及高儲氫性的功能化MOFs材料是研究者的共同目標。
　　主要設計研究了以

2、高穩(wěn)定性的Zr+4為中心離子，高共軛性的9,10-蒽二甲酸為有機配體，采用簡單溶液法和溶劑熱法合成了一種新型的納米UIO-66類MOF材料，記為UIO-66(H2ADC)。并對該材料進行了一系列的物理化學性能表征：粉末X-射線衍射，紅外光譜，比表面微孔孔徑分析，同步TG-DTG熱分析，系統(tǒng)研究其在酸、水、堿條件下穩(wěn)定性試驗及氫吸附性能研究，研究結果表明：UIO-66(H2ADC)表現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性及高抗水性，在硝酸、三乙胺中穩(wěn)定存在，

3、同時表現(xiàn)出較高的儲氫性能。
　　具體研究工作如下：
　　1.有機配體9,10-蒽二甲酸合成，具體合成過程為：由原料蒽通過溴化得到溴蒽，然后溴蒽在丁基鋰為催化劑，通入二氧化碳，得到黃色粉末9,10-蒽二甲酸，并對其進行紅外、核磁表征。
　　2.以9,10-蒽二甲酸為有機配體，Zr+4為中心離子采用兩種不同方法(簡單溶液法和溶劑熱法)合成新型納米尺寸的黃色粉末材料，分別記為 UIO-66(H2ADC)-1和 UIO-66(

4、H2ADC)-2，并研究不同反應溫度，反應時間，投料比對合成的影響，同時采用溶劑熱法合成了已報道的鋯金屬有機骨架材料 UIO-66，并對它進行PXRD表征，結果為：簡單溶液法和溶劑熱法成功合成了UIO-66(H2ADC)，并與UIO-66具有相同拓撲結構。
　　3.利用N2吸附、熱重分析、抗水、酸、堿等穩(wěn)定性試驗等手段表征了鋯金屬有機骨架材料 UIO-66(H2ADC)物理化學性能。N2吸附測試結果表明：UIO-66(H2ADC)

5、-1的比表面BET為432m2/g，Langmuir為487m2/g，UIO-66(H2ADC)-2比表面BET為715m2/g，Langmuir為1028m2/g；并對UIO-66(H2ADC)-1進行同步 TG-DTG熱分析，并系統(tǒng)研究其在酸、水、堿穩(wěn)定性試驗等。熱重結果表明UIO-66(H2ADC)材料熱穩(wěn)定性較好，在583K左右骨架才開始坍塌；酸、水、堿穩(wěn)定性試驗結果表明：UIO-66(H2ADC)具有高抗水性能及在硝酸、三乙胺

6、中穩(wěn)定存在。
　　4.對 UIO-66(H2ADC)-1、UIO-66(H2ADC)-2、UIO-66通過高壓儲氫分析儀(FineSorb-3110)進行氫氣吸附測定。H2等溫吸附測試表明，在298K，5MPa下，他們的氫吸附量分別為：2.19wt％,2.38wt%,1.28wt%。由上述數(shù)據(jù)可以得出：以9,10-蒽二甲酸為配體合成的UIO-66(H2ADC)具有較高的儲氫性能，比已報到的UIO-66有顯著的提高，約為其的1.8倍