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4进度安排 论文各阶段名称 起 止 日 期 2012.2.28-2012 .3.22 2012.3.23-2012.4.8 2012.4.9-2012.5.4 1 分析题目，查阅资料，开题报告。 2 备料，制定实验方案。 3 依照方案进行中期前实验。 4 进行宏观取舍，优化方案，准备中期检查。 2012.5.5-2012.5.6 5 进行后期实验，制备成品，进行性能测试。 2012.5.8-2012.6.2 6 整理数据，编写实验论文。 7 论文审阅，修改，进行论文答辩。 2012.6.3-2012.6.12 2012.6.13-2012.6.20 V
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合成工艺条件对金属有机骨架MOF-5结构和性能的影响
摘要: 金属一有机骨架材料(Metal．Organic Frameworks，MOFs)是一类类似于沸石的新型多孔材料，具有多样性的结构组成、较大的比表面积和孔隙率、可裁剪性的孔等特点，可应用于气体储存、分离及催化等领域。金属有机骨架配合物MOF-5为该种材料的典型代表，它为三维立体结构，具有较高的比表面积、均一的孔道结构，较大的孔容积，表现出良好的储氢性能。
本论文做了以下的工作：
应用六水合硝酸锌和对苯二甲酸在DMF(N，N-二甲基甲酰胺)中合成了具交叉结构MOF-5 (MOF-5-int)。本文采用三乙胺直接加入法、三乙胺缓慢扩散法和溶剂热法合成了MOF-5。实验考察了反应时间、反应温度、N，N--二甲基甲酰胺(DMF)和三乙胺(TEA)对合成的影响。采用XRD、TG-DTA、SEM分析技术对样品进行表征。
关键词：金属有机骨架材料;对苯二甲酸;容剂热合成
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Synthesis process conditions on the metal organic skeleton MOF-5 structure and performance influence
Abstrct：Metal-Organic Frameworks(MOFs)，commonly recognized as“soft\ analogues of zeolites，is a new class of nanoporous materials．MOFs，with extremely high porosity,chemical diversity,and as tailored materials with well-defined pore size，are promising materials for gases storage， separation，and catalyst，etc.Metal organic framework MOF一5 is a typical structure among metal organic framework
compounds，which is of a three dimension cubic structure and shows better hydrogen storage behavior due to high surface area，uniform pore and large porevolume． In this study,we obtained the following results：
We obtained the interpenetrated MOF-5 materials （MOF·5-int)using
N,N'-dimethylformamide(DMr)as solvent． MOF-5 Was synthesized by direct mixing of TEA method，slow diffusion of TEA and solvothermal synthesis method．The effects of reaction time，reaction temperature，N，N—dimethylformamide(DMF)and triethylamine (TEA) on synthesis were studied in experiments．The samples were characterized by XRD、TG-DTA and SEM
KEY WORDS： Metal-Organic Framework,H2BDC，solvothermal synthesis
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目录
1 前言 ......................................................................................................................... 1 1.1MOF-5晶体 ............................................................................................................. 1 1.1.1概述 ...................................................................................................................... 1 1.2 MOFs 晶体的特性 ................................................................................................. 3 1.2.1 多孔性和大比表面积 ....................................................................................... 3 1.2.2骨架结构的多样性 .............................................................................................. 4 1.3 MOFs 晶体的合成 .............................................................................................. 4 1.3.1 三乙胺直接加入法 ............................................................................................. 5 1.3.2 三乙胺缓慢扩散法 ............................................................................................. 5 1.3.3 溶剂热合成 ......................................................................................................... 5 1.4 研究背景和研究意义 .......................................................................................... 6 2 MOF-5 晶体颗粒的合成与表征 ........................................................................... 7 2.1 实验部分 ................................................................................................................ 7 2.1.1 主要试剂与材料 ............................................................................................... 7 2.2 MOF-5 晶体的制备 ............................................................................................ 8 2.2.1 三乙胺缓慢扩散法 ............................................................................................. 8 2.2.2 溶剂热法 ............................................................................................................. 9 2.3 MOF-5 晶体的表征与测试 .............................................................................. 11 2.3.1 TG-DTA分析 ................................................................................................. 11 2.3.2 X射线粉末衍射(XRD)分析 .......................................................................... 11 2.3.3 扫描电子显微镜(SEM)分析 ............................................................................ 12 3 结果与讨论 ............................................................................................................. 14 3.1 热重分析 ............................................................................................................ 14 3.2 XRD分析 ........................................................................................................... 17 3.3 扫描电子显微镜(SEM)分析 ............................................................................. 20 第四章 结论 ............................................................................................................. 25 参考文献 ..................................................................................................................... 26 致 谢 ......................................................................................................................... 28
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1 前言
1.1 MOF-5晶体
1.1.1概述
金属有机骨架化合物(Metal-Organic Framework，MOFs)，也叫做多孔配位聚合物
(Porous Coordination Polymer)，是近20年发展起来的一种新型多孔材料，是由金属离子或无机簇离子同有机配体配位形成的具一维链状、二维层状或三维骨架结构的配位聚合物[1]。多数MOFs材料都具有高的孔隙率和好的化学稳定性。由于能控制孔的结构并且比表面积大，MOFs在吸附分离、催化剂、磁性材料和光学材料等方面有广泛的应用前景。另外，MOFs作为一种超低密度多孔材料，在存储大量的甲烷和氢气等燃料气体方面有很大的潜力[2]。MOFs材料中的金属组分主要为过渡金属离子，使用得较多的是Zn2+、Cu2+、Ni2+、Cd2+、Pt2+、Ru2+和C02+等，所使用的价态多为二价。其次，有机配体应至少含有一个多齿型官能团，如C02H、CS2H、N02、S03H、P03H等。多齿型官能团使用较多的为C02H，如对苯二甲酸(H2BDC)、均三苯甲酸(BTC)、草酸、琥珀酸等。选择合适的有机配体不仅可以形成新颖结构的MOFs，而且也可能产生特殊的物理性质[3]。其中，简单的锌离子和H2BDC能生成很多的MOFs材料，它们中研究最多的是MOF-5，它的基本结构是Zn2+离子与BDC形成的次级结构单元SBU(Second Building Unit)，再通过BDC连接成三维孔状结构[4]。因为SBU的不同，尽管都是通过BDC桥联，但是Zn离子与BDC仍然形成了多达十几种不同结构的MOFs(表1．2)。目前，越来越多的科研小组开始从SBU的设计角度来研究MOFs，期望能定向合成所需的MOFs材料。因此，找到控制Zn离子与BDC形成何种SBU的条件是一项很有意义的工作，还能指导我们用其它金属离子与BDC去配位，定向合成需要的MOFs材料。
金属有机骨架材料是纳米多孔材料家族的新兴成员，发展非常迅速，此材料具有
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