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(jī)骨架材料(MOFs)是由金屬離子或金屬簇為中心和有機(jī)配體為橋梁通過(guò)自組裝而形成的一類新型晶體結(jié)構(gòu)的功能材料。MOFs因其結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)、密度輕和高比表面積，已顯示其在催化、氣體分離和儲(chǔ)存等領(lǐng)域的重要應(yīng)用而成為材料研究的熱點(diǎn)，然而，大多數(shù)MOFs在物理化學(xué)穩(wěn)定性上存在不足，同時(shí)用于難以極化和吸附的氫氣存儲(chǔ)功能化MOFs材料研究進(jìn)展緩慢，因此合成出具有高穩(wěn)定性及高儲(chǔ)氫性的功能化MOFs材料是研究者的共同目標(biāo)。
　　主要設(shè)計(jì)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(jī)配體，采用簡(jiǎn)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(duì)該材料進(jìn)行了一系列的物理化學(xué)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(yàn)及氫吸附性能研究，研究結(jié)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(shí)表現(xiàn)出較高的儲(chǔ)氫性能。
　　具體研究工作如下：
　　1.有機(jī)配體9,10-蒽二甲酸合成，具體合成過(guò)程為：由原料蒽通過(guò)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(duì)其進(jìn)行紅外、核磁表征。
　　2.以9,10-蒽二甲酸為有機(jī)配體，Zr+4為中心離子采用兩種不同方法(簡(jiǎn)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(yīng)溫度，反應(yīng)時(shí)間，投料比對(duì)合成的影響，同時(shí)采用溶劑熱法合成了已報(bào)道的鋯金屬有機(jī)骨架材料 UIO-66，并對(duì)它進(jìn)行PXRD表征，結(jié)果為：簡(jiǎn)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
　　3.利用N2吸附、熱重分析、抗水、酸、堿等穩(wěn)定性試驗(yàn)等手段表征了鋯金屬有機(jī)骨架材料 UIO-66(H2ADC)物理化學(xué)性能。N2吸附測(cè)試結(jié)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(duì)UIO-66(H2ADC)-1進(jìn)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(yàn)等。熱重結(jié)果表明UIO-66(H2ADC)材料熱穩(wěn)定性較好，在583K左右骨架才開(kāi)始坍塌；酸、水、堿穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)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(duì) UIO-66(H2ADC)-1、UIO-66(H2ADC)-2、UIO-66通過(guò)高壓儲(chǔ)氫分析儀(FineSorb-3110)進(jìn)行氫氣吸附測(cè)定。H2等溫吸附測(cè)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(chǔ)氫性能，比已報(bào)到的UIO-66有顯著的提高，約為其的1.8倍