輕質鎂基金屬有機框架材料的合成與結構研究【開題報告】

1、開題報告開題報告應用化學應用化學輕質鎂基金屬有機框架材料的合成與結構研究輕質鎂基金屬有機框架材料的合成與結構研究一、選題的背景與意義金屬有機骨架化合物(MOFs)是由含氧、氮等的多齒有機配體(大多是芳香多酸或多堿)與過渡金屬離子自組裝而成的配位聚合物。Tomic在20世紀60年代中期報道的新型固體材料即可看作是MOFs的雛形。在隨后的幾十年中科學家對MOFs的研究主要致力于其熱力學穩(wěn)定性的改善和孔隙率的提高在實際應用方面沒有大的突破。直

2、到20世紀90年代以新型陽離子、陰離子及中性配體形成的孔隙率高、孔結構可控、比表面積大、化學性質穩(wěn)定、制備過程簡單的MOFs材料才被大量合成出來。其中金屬陽離子在MOFs骨架中的作用一方面是作為結點提供骨架的中樞另一方面是在中樞中形成分支從而增強MOFs的物理性質(如多孔性和手性)。這類材料的比表面積遠大于相似孔道的分子篩而且能夠在去除孔道中的溶劑分子后仍然保持骨架的完整性。因此MOFs具有許多潛在的特殊性能在新型功能材料如選擇性催化、

3、分子識別、可逆性主客體分子(離子)交換、超高純度分離、生物傳導材料、光電材料、磁性材料和芯片等新材料開發(fā)中顯示出誘人的應用前景給多孔材料科學帶來了新的曙光。隨著工業(yè)的發(fā)展和人們物質生活水平的提高人類對能源的需求與日俱增。由于近幾十年來使用的能源主要來自化石燃料其使用不可避免地會污染環(huán)境再加上其儲量有限因此尋找可再生的綠色能源迫在眉睫。氫能作為一種儲量豐富、來源廣泛、能量密度高的綠色能源及能源載體正引起人們的廣泛關注。MOFs作為新型儲氫

4、材料是最近10來年才被報道的與傳統儲氫方法材料相比，其最大的特點在于具有更大的比表面積。此外，因金屬有機框架具有純度高、結晶度高、成本低、能夠大批量生產、結構可控等優(yōu)點在氣體存儲尤其是氫的存儲方面展示出廣闊的應用前景國內外研究者近年來對其進行了大量的實驗改性和理論計算方面的研究工作。影響金屬有機框架儲氫能力，除了傳統因素，即孔徑大小及孔隙率、比表面積、等量吸收熱和有機鏈種類，與金屬有機框架所選配體的材料，所選配體的密度也有著緊密的聯系。

5、鎂元素位于第二主族，相對分子質量為24.3050，原子體積為:13.97(cm3mol)。2005年，在MirceaDinca和JeffreyR.Long的研究報告中指出，當傳統金屬有機框架中的過渡金屬被鎂離子取代而得到新型MOF材料，此類新型MOFs材料保持擁有傳統孔隙度的同時，框架結構變得更加開放，儲氫容量得到了明顯改善；此外，此類材料的合成工藝還適用于④有針對性的選擇其他配體的金屬有機框架材料，與其結構進行相關比較，得到相關比較結

6、果的優(yōu)缺點。2、擬采取的技術路線本課題講采取以下研究線路，進行課題的研究與探索：“查找中外文獻→對所得到的文獻理論知識與研究歷史背景等資料進行總結和歸納→通過研究分析，得出合成鎂基金屬有機框架的最優(yōu)方法→合成鎂基金屬有機框架材料→進行材料結構理化性質分析→總結得出研究成果→撰寫論文”這一合理研究路線實施本課題。四、研究的總體安排與進度：2010年10月2010年11月：確定論文的研究課題，查閱相關文獻資料，了解選題的背景與意義，明確研究

7、方向；2010年11月2010年12月：深入熟悉課題研究的主要內容、需解決的問題、研究的方法和技術路線，書寫任務書，對文獻進行整理及學生開題；2011年1月2011年3月：學生實驗：合成鎂基金屬有機框架材料，并研究其結構、光譜、熱穩(wěn)定性，對合成的材料進行相關性能的測試實驗；2011年4月2011年5月：學生論文書寫：四月初擬寫初稿，然后對其進行修改，四月末定最終論文稿；2011年5月2011年6月：論文答辯。五、主要參考文獻：1.Mir

8、ceaDincaJeffreyR.LongStrongH2BindingiveGasAdsptionwithintheMicropousCodinationSolidMg3(O2CC10H6CO2)3[J].Am.Chem.Soc.200512793769377.2.ZhiyongGuoGuanghuaLiLiangZhouShenqqunSuYongqianLeiSongDangHongjieZhangMagnesiumBased3D

9、MetalganicFramewkExhibitingHydrogenSptionHysteresis[J].Ing.Chem.2009488069–8071.3.ChristophJaniakJanaK.ViethMOFsMILsme:conceptspropertiesapplicationsfpouscodinationwks(PCNs)[J].NewJ.Chem.2010342366–2388.4.A.R.MillwardO.M