MOFs等材料的催化活性与稳定性的量化研究

• 作 者: 薄晓帆
• 发表日期: 2013年01期
• 关键词: 金属-有机骨架材料 密度泛函理论 金属 催化 稳定性

金属-有机骨架材料(metal-organic frameworks,MOFs)是一类新型多孔材料,由于其独特的结构特征,在催化方面展现出了潜在的应用价值。首先,本文首先采用分子模拟方法结合密度泛函理论的计算方法,研究了负载金属Pd、Ag, Pt, Au的ZIF-8的催化活性及稳定性。同时利用密度泛函理论方法研究了材料Cu-BTC的水稳定性,研究其结构在酸性水溶液中的变化。另外,本工作还研究了其他类型材料作为加氢脱硫催化剂时,对噻吩和乙烯的吸附稳定性研究。研究结果表明：金属与材料作用时,主要有三种作用方式,其中“碳-金属-碳”(C-M-C)形式最为稳定,并且对于同一种方式,ZIF-8负载金属后的稳定性顺序为：Pd>Ag>Pt>Au。同时,本文利用CO作为探针分子,系统研究了负载金属后ZIF-8的催化活性,发现活性顺序为：Pd>Pt>Ag>Au。本工作为研究利用MOF材料负载金属用于催化提供了参考信息。Cu-BTC材料在酸性水溶液中时,水中质子会对Cu-BTC的结构产生影响,结构发生变化。水溶液中的质子会攻击骨架的Cu-O键,使骨架上的Cu-O键发生断裂。当两个质子同时攻击材料结构的时候,从邻对位断键的时候,得出的构型最为稳定,是较为优先的攻击作用方式。当四个质子同时攻击材料的Cu-O键时,结构被平行拉伸的时候,得到的构型最为稳定,Cu-BTC的骨架结构可能由三维正交立体结构变为二维层状结构。在负载有金属原子(Co、Mo、Ni)的Al20O30团簇上,负载金属Mo的体系对于噻吩和乙烯的选择性竞争吸附过程更有利。同时,其吸附稳定性也高于对1-辛烯的吸附稳定性。对于层状材料MoS2、CoMoS和NiMoS,当这些材料均以金属原子(Co、Mo、Ni)为表面边界原子吸附噻吩和乙烯的时候,体系对于噻吩吸附稳定性更好。