輕質(zhì)鎂基金屬有機(jī)框架材料的合成與結(jié)構(gòu)研究【開(kāi)題報(bào)告+文獻(xiàn)綜述+畢業(yè)論文】

1、1本科畢業(yè)設(shè)計(jì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告開(kāi)題報(bào)告應(yīng)用化學(xué)應(yīng)用化學(xué)輕質(zhì)鎂基金屬有機(jī)框架材料的合成與結(jié)構(gòu)研究輕質(zhì)鎂基金屬有機(jī)框架材料的合成與結(jié)構(gòu)研究一、選題的背景與意義金屬有機(jī)骨架化合物(MOFs)是由含氧、氮等的多齒有機(jī)配體(大多是芳香多酸或多堿)與過(guò)渡金屬離子自組裝而成的配位聚合物。Tomic在20世紀(jì)60年代中期報(bào)道的新型固體材料即可看作是MOFs的雛形。在隨后的幾十年中科學(xué)家對(duì)MOFs的研究主要致力于其熱力學(xué)穩(wěn)定性的改善和孔隙率的提高在實(shí)

2、際應(yīng)用方面沒(méi)有大的突破。直到20世紀(jì)90年代以新型陽(yáng)離子、陰離子及中性配體形成的孔隙率高、孔結(jié)構(gòu)可控、比表面積大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、制備過(guò)程簡(jiǎn)單的MOFs材料才被大量合成出來(lái)。其中金屬陽(yáng)離子在MOFs骨架中的作用一方面是作為結(jié)點(diǎn)提供骨架的中樞另一方面是在中樞中形成分支從而增強(qiáng)MOFs的物理性質(zhì)(如多孔性和手性)。這類(lèi)材料的比表面積遠(yuǎn)大于相似孔道的分子篩而且能夠在去除孔道中的溶劑分子后仍然保持骨架的完整性。因此MOFs具有許多潛在的特殊性能在

3、新型功能材料如選擇性催化、分子識(shí)別、可逆性主客體分子(離子)交換、超高純度分離、生物傳導(dǎo)材料、光電材料、磁性材料和芯片等新材料開(kāi)發(fā)中顯示出誘人的應(yīng)用前景給多孔材料科學(xué)帶來(lái)了新的曙光。隨著工業(yè)的發(fā)展和人們物質(zhì)生活水平的提高人類(lèi)對(duì)能源的需求與日俱增。由于近幾十年來(lái)使用的能源主要來(lái)自化石燃料其使用不可避免地會(huì)污染環(huán)境再加上其儲(chǔ)量有限因此尋找可再生的綠色能源迫在眉睫。氫能作為一種儲(chǔ)量豐富、來(lái)源廣泛、能量密度高的綠色能源及能源載體正引起人們的廣泛

4、關(guān)注。MOFs作為新型儲(chǔ)氫材料是最近10來(lái)年才被報(bào)道的與傳統(tǒng)儲(chǔ)氫方法材料相比，其最大的特點(diǎn)在于具有更大的比表面積。此外，因金屬有機(jī)框架具有純度高、結(jié)晶度高、成本低、能夠大批量生產(chǎn)、結(jié)構(gòu)可控等優(yōu)點(diǎn)在氣體存儲(chǔ)尤其是氫的存儲(chǔ)方面展示出廣闊的應(yīng)用前景國(guó)內(nèi)外研究者近年來(lái)對(duì)其進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)改性和理論計(jì)算方面的研究工作。3②培養(yǎng)化合物單晶，用于X射線(xiàn)衍射結(jié)構(gòu)分析，需要用多種分析方法和各類(lèi)儀器，所以需要學(xué)習(xí)很多儀器使用知識(shí)和操作方法，從而進(jìn)行光譜表征

5、和熱穩(wěn)定性測(cè)試，并要對(duì)其譜圖數(shù)據(jù)有著準(zhǔn)確的分析說(shuō)明。三、研究的方法與技術(shù)路線(xiàn)：1、研究方法①根據(jù)文獻(xiàn)中總結(jié)的合成方法和經(jīng)驗(yàn)，考慮比較各種方法制備鎂基金屬框架材料的優(yōu)缺點(diǎn)，找出最佳合成路線(xiàn)。②按照試驗(yàn)計(jì)劃，將鎂基與過(guò)渡金屬離子、稀土離子以及混合金屬離子等，在傳統(tǒng)的水熱、溶劑熱和溶劑擴(kuò)散等條件下，通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)物之間的配比、模板溶劑、pH值、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間等來(lái)制備出目的產(chǎn)物鎂基金屬有機(jī)框架材料。③對(duì)制備所得的鎂基框架材料采用元素分析和紅外

6、光譜，X射線(xiàn)等相關(guān)方法技術(shù)進(jìn)行理化性質(zhì)的分析。④有針對(duì)性的選擇其他配體的金屬有機(jī)框架材料，與其結(jié)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)比較，得到相關(guān)比較結(jié)果的優(yōu)缺點(diǎn)。2、擬采取的技術(shù)路線(xiàn)本課題講采取以下研究線(xiàn)路，進(jìn)行課題的研究與探索：“查找中外文獻(xiàn)→對(duì)所得到的文獻(xiàn)理論知識(shí)與研究歷史背景等資料進(jìn)行總結(jié)和歸納→通過(guò)研究分析，得出合成鎂基金屬有機(jī)框架的最優(yōu)方法→合成鎂基金屬有機(jī)框架材料→進(jìn)行材料結(jié)構(gòu)理化性質(zhì)分析→總結(jié)得出研究成果→撰寫(xiě)論文”這一合理研究路線(xiàn)實(shí)施本課題。四