剛性、三向配體構(gòu)筑的金屬有機骨架材料的合成、表征及性質(zhì)研究.pdf

1、二十一世紀以來，環(huán)境問題已經(jīng)成為制約人類發(fā)展的最嚴重問題。隨著大氣中二氧化碳含量日益增多，全球變暖問題變得越發(fā)嚴重，人們逐漸把注意力集中于怎樣轉(zhuǎn)移出二氧化碳。此外，大量工業(yè)排放的染料廢液導(dǎo)致的水污染問題也刻不容緩。因此尋找合適、有效的材料用于捕獲、分離二氧化碳以及染料吸附極具意義。金屬有機骨架材料(MOFs)是一種類沸石分子篩的新型多孔材料，作為一類很有前途的吸附劑，MOFs擁有的很多特性使其在氣體存儲、分子識別和分離、多相催化以及生物

2、醫(yī)藥領(lǐng)域吸引了眾多的關(guān)注。
　　本文從設(shè)計合成的角度出發(fā)，在溶劑熱的條件下，利用具有剛性、三向結(jié)構(gòu)的四氮唑類配體H3BTT（1，3，5-苯三四氮唑）及芳香族羧酸配體H3BPT（3，4′，5-聯(lián)苯三羧酸）構(gòu)筑了六種三維金屬有機骨架材料。通過單晶X-射線衍射、紅外光譜、熱重、粉末X-射線衍射對化合物的結(jié)構(gòu)進行表征，利用低壓、高壓氣體吸附儀、紫外分光光度計深入研究了材料在氣體及染料吸附方面的性能。主要研究的結(jié)果如下:
　　1.在溶

3、劑熱條件下，使用H3BTT與過渡金屬銅、鎘構(gòu)筑了兩個結(jié)構(gòu)新穎的三維富氮金屬有機骨架化合物1和2。在化合物[NC2H8]4[Cu15(BTT)3]·xG(G=guest molecular)(1)中，三核銅簇和雙核銅簇分別在BTT配體的連接下形成沿a軸和b軸的一維鏈，再通過三向BTT的連接形成了包含四個不同尺寸孔道以及一個納米級空腔的開放式金屬有機框架結(jié)構(gòu)?；衔颷Cd2(BTT)Cl(H2O)2](2)的具有新穎的三維結(jié)構(gòu)，骨架中包含了

4、具有三種不同模式的羧酸基團以及兩種不同的次級結(jié)構(gòu)單元[CdN3OCl2]和[CdN4OCl]。使用H3BPT與鑭系硝酸鹽鑭、釓、鉺、鐿在溶劑熱條件下構(gòu)筑了四個同構(gòu)的三維稀土-有機骨架化合物[Ln(BPT)(DMF)(H2O)]·xG(Ln=La，Gd，Er, Yb)(3-6)。3-6結(jié)構(gòu)中兩個金屬原子與羧酸基團形成一個二聚基建筑塊，每一個BPT配體連接三個雙核Ln2建筑塊形成一個具有9.9(A)×7.5(A)一維孔道的三維金屬有機骨架化

5、合物。
　　2.對1進行溶劑交換，經(jīng)過一系列分析儀器(PXRD，TG/DSC，F(xiàn)T-IR)的表征，成功獲得了被充分活化的樣品1a。低壓下氣體吸、脫附測試顯示出材料的比表面積和孔體積分別為701 m2 g-1和0.302 cm3 g-1，273 K和298 K下二氧化碳的吸附量得益于結(jié)構(gòu)中大量未配位氮原子的存在而分別達到了82.8 cm3 g-1、54.17 cm3 g-1。高壓氣體吸、脫附顯示出1a具有與其比表面積相匹配的二氧化碳

6、捕獲能力。基于亨利定律的初始斜率法以及理想溶液吸附理論(IAST)計算結(jié)果顯示出活化的1a樣品對二氧化碳/氮氣、二氧化碳/氫氣具有較高的選擇性。循環(huán)、再生性和水穩(wěn)定性的測試結(jié)果表明1a很適合成為一種用于二氧化碳捕獲、分離材料。
　　3.使用具有水穩(wěn)定性且包含納米級空腔的陰離子框架結(jié)構(gòu)1作為吸附劑，借助于紫外分光光度計，討論了在不同吸附劑投入量、溶液濃度、初始pH值以及混合染料溶液條件下對亞甲基藍水溶液吸附的影響。在相同80 min