金屬-有機骨架材料中天然氣存儲的分子模擬研究及MOF-5的實驗合成.pdf

1、金屬-有機骨架材料（Metal-Organic Frameworks，MOFs）是一類類似于沸石的新型多孔材料，具有多樣性的結構組成、較大的比表面積和孔隙率、可裁剪性的孔等特點，可應用于氣體儲存、分離及催化等領域。計算化學不僅可以突破傳統(tǒng)方法的局限性，而且還可為最佳吸附材料的設計和最優(yōu)操作條件的確定提供理論依據(jù)，實現(xiàn)從以經(jīng)驗為主向定量、定向制備的轉變，從而節(jié)省大量繁雜的實驗研究。本工作主要針對甲烷存儲這一熱門話題，通過分子模擬手段分析其

2、在材料中的吸附機理，從而設計具有更高甲烷存儲量的新材料。此外，為了進一步設計新材料，我們進行了實驗合成的探索研究。其主要研究內(nèi)容如下： 1、針對具有最大甲烷存儲量的金屬-有機骨架材料（MOFs）PCN-14，采用質心分布圖研究了甲烷在其中的吸附機理。結果表明，PCN-14中主要存在兩個吸附位，其中金屬簇-苯基區(qū)域中靠近苯環(huán)的位置為第一吸附位，蒽基上方為第二吸附位。兩個吸附位均與有機配體有關，有機配體較之金屬簇在CH4的吸附中發(fā)揮

3、著重要的作用。 2、在此基礎上，我們通過改變PCN-14的有機配體，設計了具有高存儲量的新型MOF材料PCN-M1和PCN-M2。通過模擬290 K時的吸附等溫線，發(fā)現(xiàn)新材料PCN-M1和PCN-M2的吸附性能比PCN-14增強很多。在3．5 PMa時，PCN-M1、PCN-M2的吸附量分別達到了246 v/v、257 v/v，比PCN-14增加了7％、12％。本章接著模擬了298 K和3．5MPa時的吸附，PCN-M2對甲烷的

4、吸附量達到了241v/v，超過了DOE標準180v/v的34％。 3、為了進一步驗證上述分子模擬結果，需要實驗合成上述新材料并對其結構特性以及吸附性能進行研究，從而開發(fā)具有更高甲烷存儲量的MOF材料。但是由于本實驗室之前并沒有過實驗合成MOF材料的經(jīng)驗，所以本人選擇合成晶體結構相對簡單、合成步驟簡易的MOF-5材料，為本實驗室開展實驗合成MOF材料做前期探索工作，為建立分子模擬－實驗合成共同篩選高性能甲烷存儲材料機制作前期準備。