輕質(zhì)鎂基金屬有機(jī)框架材料的合成與結(jié)構(gòu)研究【開(kāi)題報(bào)告】

1、開(kāi)題報(bào)告開(kāi)題報(bào)告應(yīng)用化學(xué)應(yīng)用化學(xué)輕質(zhì)鎂基金屬有機(jī)框架材料的合成與結(jié)構(gòu)研究輕質(zhì)鎂基金屬有機(jī)框架材料的合成與結(jié)構(gòu)研究一、選題的背景與意義金屬有機(jī)骨架化合物(MOFs)是由含氧、氮等的多齒有機(jī)配體(大多是芳香多酸或多堿)與過(guò)渡金屬離子自組裝而成的配位聚合物。Tomic在20世紀(jì)60年代中期報(bào)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(xué)家對(duì)MOFs的研究主要致力于其熱力學(xué)穩(wěn)定性的改善和孔隙率的提高在實(shí)際應(yīng)用方面沒(méi)有大的突破。直

2、到20世紀(jì)90年代以新型陽(yáng)離子、陰離子及中性配體形成的孔隙率高、孔結(jié)構(gòu)可控、比表面積大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、制備過(guò)程簡(jiǎn)單的MOFs材料才被大量合成出來(lái)。其中金屬陽(yáng)離子在MOFs骨架中的作用一方面是作為結(jié)點(diǎn)提供骨架的中樞另一方面是在中樞中形成分支從而增強(qiáng)MOFs的物理性質(zhì)(如多孔性和手性)。這類(lèi)材料的比表面積遠(yuǎn)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(shí)別、可逆性主客體分子(離子)交換、超高純度分離、生物傳導(dǎo)材料、光電材料、磁性材料和芯片等新材料開(kāi)發(fā)中顯示出誘人的應(yīng)用前景給多孔材料科學(xué)帶來(lái)了新的曙光。隨著工業(yè)的發(fā)展和人們物質(zhì)生活水平的提高人類(lèi)對(duì)能源的需求與日俱增。由于近幾十年來(lái)使用的能源主要來(lái)自化石燃料其使用不可避免地會(huì)污染環(huán)境再加上其儲(chǔ)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(chǔ)量豐富、來(lái)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(guān)注。MOFs作為新型儲(chǔ)氫

4、材料是最近10來(lái)年才被報(bào)道的與傳統(tǒng)儲(chǔ)氫方法材料相比，其最大的特點(diǎn)在于具有更大的比表面積。此外，因金屬有機(jī)框架具有純度高、結(jié)晶度高、成本低、能夠大批量生產(chǎn)、結(jié)構(gòu)可控等優(yōu)點(diǎn)在氣體存儲(chǔ)尤其是氫的存儲(chǔ)方面展示出廣闊的應(yīng)用前景國(guó)內(nèi)外研究者近年來(lái)對(duì)其進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)改性和理論計(jì)算方面的研究工作。影響金屬有機(jī)框架儲(chǔ)氫能力，除了傳統(tǒng)因素，即孔徑大小及孔隙率、比表面積、等量吸收熱和有機(jī)鏈種類(lèi)，與金屬有機(jī)框架所選配體的材料，所選配體的密度也有著緊密的聯(lián)系。

5、鎂元素位于第二主族，相對(duì)分子質(zhì)量為24.3050，原子體積為:13.97(cm3mol)。2005年，在MirceaDinca和JeffreyR.Long的研究報(bào)告中指出，當(dāng)傳統(tǒng)金屬有機(jī)框架中的過(guò)渡金屬被鎂離子取代而得到新型MOF材料，此類(lèi)新型MOFs材料保持擁有傳統(tǒng)孔隙度的同時(shí)，框架結(jié)構(gòu)變得更加開(kāi)放，儲(chǔ)氫容量得到了明顯改善；此外，此類(lèi)材料的合成工藝還適用于④有針對(duì)性的選擇其他配體的金屬有機(jī)框架材料，與其結(jié)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)比較，得到相關(guān)比較結(jié)

6、果的優(yōu)缺點(diǎn)。2、擬采取的技術(shù)路線本課題講采取以下研究線路，進(jìn)行課題的研究與探索：“查找中外文獻(xiàn)→對(duì)所得到的文獻(xiàn)理論知識(shí)與研究歷史背景等資料進(jìn)行總結(jié)和歸納→通過(guò)研究分析，得出合成鎂基金屬有機(jī)框架的最優(yōu)方法→合成鎂基金屬有機(jī)框架材料→進(jìn)行材料結(jié)構(gòu)理化性質(zhì)分析→總結(jié)得出研究成果→撰寫(xiě)論文”這一合理研究路線實(shí)施本課題。四、研究的總體安排與進(jìn)度：2010年10月2010年11月：確定論文的研究課題，查閱相關(guān)文獻(xiàn)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(nèi)容、需解決的問(wèn)題、研究的方法和技術(shù)路線，書(shū)寫(xiě)任務(wù)書(shū)，對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行整理及學(xué)生開(kāi)題；2011年1月2011年3月：學(xué)生實(shí)驗(yàn)：合成鎂基金屬有機(jī)框架材料，并研究其結(jié)構(gòu)、光譜、熱穩(wěn)定性，對(duì)合成的材料進(jìn)行相關(guān)性能的測(cè)試實(shí)驗(yàn)；2011年4月2011年5月：學(xué)生論文書(shū)寫(xiě)：四月初擬寫(xiě)初稿，然后對(duì)其進(jìn)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(xiàn)：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