第一章功能材料课件稀土杜海英.ppt

* 2Ni(NO3)2.6H2O + bpe + N(CN)2- {[Ni(bpe)2(N(CN)2]N(CN)2·5H2O}n bpe ≡ * 2.2 保护性配体法 利用保护性配体预计金属离子形成的配合物与桥连配体组装成MOFs： 保护性配体对所形成MOFs的结构具有控制作用 * 2.3 次级构筑单元法 次级构筑单元 ( secondary building unit = SBU) 当桥连配体与金属离子共聚合时, 常能在所形成的结构中识别出簇合体，这些簇合体被称为次级构筑单元。 次级构筑单元仅仅是概念上的单元，在原料中并不包含这样的单元。 * 利用次级结构单元概念可以： 理解MOFs结构 预测MOFs结构 设计与合成具有特定结构的MOFs * 次级结构单元可以在 MOFs 中导致大的孔洞: 因为在 SBUs的中心之间有很长的距离 * 2.4 含金属配体 （MLs）法 带有两个或更多能向金属离子配位的配位位置的配合物，这样的配合物能够将其它的金属离子连接起来。 * 制备方法——溶剂热法 设备简单 对合成条件敏感 自组装层影响膜性能 基底Au 自组装膜 MOF-5 * 制备方法——晶种法 把晶体的成核和生长过程分离开 → 更好地控制晶体的生长和膜的微结构 * * 制备方法——晶种法 MOF晶种——α-磷锌矿 晶体合成 晶膜制备 三维表面成膜 选择性催化 功能化 Paolo Falcaro 等人发现纳米结构的α-磷锌矿微粒具有促使MOF-5成核的特殊功能，基于这样一个发现，他们采用α-磷锌矿为晶种制备MOF-5，在晶体合成、晶膜制备和晶体功能化方面均展现出了独特的优势。 * 制备方法——微波法 微波 快速结晶 微波法30s 微波辅助快速晶种法 * * 制备方法——分层法 高度有序、均匀、平整的MOF膜 实现晶体的高度取向性 合成其他方法无法得到的MOF结构 分层法图解 * 　　MOFs材料的研究不仅在于其迷人的拓扑结构,更在于它具有可剪裁性和结构多样性的特点，易于进行设计组装和结构调控，为设计纳米多孔材料提供了一种可行方法。正是由于MOFs 材料多方面的优点和用途，其正受到越来越多的重视。新型结构MOFs 多孔材料的研究及其在应用方面的开发具有重要的理论和应用价值。 4、MOFs材料研究意义 * 　　目前，国际上许多化学家、物理学家和材料学家的研究结果表明，MOFs 多孔材料在气体的储存、催化剂、分离及光电磁材料等方面具有重要的应用价值。 　　另外，金属位在大量的分子识别过程中起关键性的作用，因为金属位能产生高度的选择性和分子的储存和传送。 　　MOFs材料经常具有不饱和金属位和大的比表面积，这在化学工业有着广阔的应用前景。 * 当前, MOFs材料是化学、能源、环境和材料等多学科共同关注的研究热点和前沿，有关研究的结果被大量发表在 Science、Nature、Nature Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc. 等国际顶级期刊上。 　　这类材料在能源、环境污染治理、纳米材料、光电功能材料、医药、化工等很多领域具有广阔的应用前景，有望在解决人类社会所面临的许多重大问题的过程中发挥重要作用。 * 将氢能用在汽车上是解决石油紧缺的重要途径，设计燃料箱，即氢气的存储则是其关键问题，目前解决这一问题的方法效果都不理想。 新近文献报道了一种MOFs多孔材料，在77K时不加压条件下，其部分区域可以比迄今为止任何材料吸附更多的氢，这为氢能的广泛应用展示了光明的前景。 * MOF-74结构中存储着管状的重氢分子。 灰色代表碳原子，蓝色代表锌离子，绿色代表重氢（氘）分子。 * 应用领域——气体储存 氢气 二氧化碳 甲烷 MOF-177 CD-MOF-2 PCN-14 结构稳定的MOFs可保持永久的孔度，晶体中自由体积百分率远远超过任何沸石，去掉模板试剂后的晶体密度小到可突破报道过的晶体材料的底限。对于MOFs特殊的吸附性能，目前主要集中在甲烷和氢等燃料气的存储方面。 * 应用领域——吸附分离 由羧酸配体构成的多孔MOFs具有的特殊的骨架结构和表面性质，对不同的气体的吸附作用不同，从而可以对某些混合气进行分离,对于MOFs的吸附性能的研究也有不少的报道。 Kim等合成了甲酸锰配合物其比表面积不是很大，但是这种配合物对氮气、氢气、氩气、二氧化碳、甲烷等具有选择性的吸附作用，对氢气和二氧化碳的吸附能力很强，但对氮气、氩气、甲烷的吸附能力很弱。它可以作为选择性吸附材料，分离氢