以金屬-有機凝膠為模板制備多孔碳材料及吸附性能研究.pdf

1、金屬有機骨架(MOFs)是由金屬或金屬簇和羧酸鹽、含N元素配體組裝而成的三維多孔晶體材料，MOFs的孔徑可調(diào)，比表面積高，結(jié)構多樣，是一類很有發(fā)展前途的納米多孔材料，并已廣泛應用于氣體存儲和分離、催化、傳感以及藥物載體等方面，受到越來越多研究人員的關注。可利用MOFs自身的優(yōu)異性能和特點，將其作前驅(qū)體，通過普通的高溫熱解方法來構建均一原子摻雜、長程有序且具有多孔性能的金屬/金屬氧化物納米多孔碳復合材料，目前已有很多關于MOFs衍生的多孔

2、碳復合物材料及其應用的研究報道。這類MOFs衍生的多孔碳復合材料在超級電容器、吸附劑、催化劑和能源存儲等方面有很廣泛的應用。雖然通過MOFs熱解制備優(yōu)異性能的納米多孔碳材料簡單易行，但是仍然有一些問題是不可忽視的。比如，在合成前驅(qū)體MOFs時，耗時長花費高，并且經(jīng)常會用到一些有毒致畸試劑，這些因素大大限制了其工業(yè)應用。所以很有必要在整個合成實驗過程中使用環(huán)境友好的試劑。金屬有機凝膠(MOGs)和MOFs具有相似的結(jié)構，但兩者卻表現(xiàn)出不一

3、樣的結(jié)構規(guī)則性，可以將納米MOFs材料用作結(jié)構單元通過自組裝過程來構建MOGs或者中孔/微孔凝膠骨架，從而進行下一步的研究。
　　目前已經(jīng)有很多金屬/金屬氧化物核-殼MOFs的研究工作報道，大部分是以金屬或金屬氧化物為模板采用逐步自組裝法合成，其中金屬和金屬氧化物會影響MOFs的結(jié)構和形貌。從另一角度出發(fā)，既然金屬氧化物可以提供金屬離子，那么可以通過自犧牲模板法合成MOFs，即金屬氧化物通過消耗自身提供金屬離子，在不需外界修飾的條

4、件下，MOFs就可以在金屬氧化物表面生長。
　　考慮到環(huán)保和吸附低耗這兩點，本論文選用金屬有機凝膠作為制備納米多孔碳復合物材料的模板，本論文主要內(nèi)容有如下三點:
　　1.以Fe基金屬有機凝膠為模板，采用溫和且經(jīng)濟的方法高效制備了磁性多孔碳復合材料。在不添加其他任何碳源的情況下，多孔MIL-100(Fe)凝膠既作前驅(qū)體又作模板，在氮氣氣氛保護下，對其進行簡單的高溫煅燒即可制備得到磁性多孔碳復合物。制備的磁性碳材料應用于水溶液中

5、甲基橙的去除，具有很高的吸附能力（吸附量達182.82 mg g-1）和很好的可循環(huán)性。
　　2.以金屬有機凝膠MIL-100(Al)為模板制備多孔碳材料并且從多方面來表征各項性能。制備的多孔碳材料有很高的比表面積(2477 m2 g-1)和較好的微孔結(jié)構，孔徑分布均勻(1.18-2 nm)。合成的多孔碳材料可以用作吸附劑從水溶液中吸附甲基橙染料，最大吸附量達到917 mg g-1，且吸附速度較快。
　　3.采用自犧牲模板的