MOF-5金属有机骨架材料的控制合成及其金属离子的交换

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金属有机框架(Meta1-organic framework,MOF)材料是由金属离子或者金属离子簇与有机配体通过配位作用自组装而形成的具有周期性结构的三维网状的多孔聚合物。这种多孔聚合物具有高的比表面积、可调控的结构和孔尺寸、高的热稳定性以及化学稳定性等等优良特性。MOFs材料的这种结构可塑、孔隙率高的这些特点给材料的应用前景提供了物质前提。所以它们在分离、催化、气体吸附与分离、药物缓释、传感等方面有着良好的应用前景。一直以来,虽然大家的关注点在探索良好的应用上,但是近年来持续增长的对MOFs材料的形态控制仍然是一个不容忽视的话题,并且已经有了很多关于这方面的工作研究。MOF-5是众多材料中的一种经典的晶体材料,也是人们一直致力于研究的一种晶体材料。虽然早前的报道有对MOF-5晶体的形貌以及尺寸有所调控,但是从实验结果来看晶体的尺寸均匀度以及规整度都不是特别好,控制条件摸索的并不是特别成熟。在这里,我们将阐述一种利用不同的辅助剂以及调控反应条件来的到不同形貌的MOF-5晶体材料。在此基础上,我们又对其中一种具有片状形貌的IRMOF-1晶体进行了金属的置换,表明了 MOF-5晶体材料进行金属离子置换的可能性,从而为片状形貌MOF晶体的骨架催化提供了物质基础。具体工作如下:(1)在溶剂热合成法的基础之上,合成具有片状形貌的IRMOF-1晶体。选取醋酸锌为锌离子源,逐条地对其合成条件(温度、反应物浓度、锌离子与对苯二甲酸的摩尔比、时间、表面活性剂PVP的浓度)进行了实验探究、分析,讨论了不同的实验条件对片状形貌IRMOF-1晶体的形貌以及结晶性的影响。(2)替换锌离子源,选取硝酸锌为锌离子源,合成具有不同形貌以及尺寸的MOF-5晶体。在表面活性剂PVP以及三乙胺的双重辅助下来探究各个反应条件对不同形貌以及尺寸的MOF-5晶体的影响。(3)采用金属离子交换后合成法得到具有催化活性金属离子的IRMOF-1晶体材料。将具有片状形貌的IRMOF-1晶体进行了金属的置换,使IRMOF-1晶体中的金属离子Zn2+置换成Co2+,Mn2+离子。
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