金属有机骨架材料ZIF-7晶体的合成毕业论文.doc

金属有机骨架材料ZIF-7 目录 1 综述 1 1.1 ZIFs概述 1 1.1.1 ZIFs的结构 1 1.1.2 ZIFs的特点与应用 3 1.2 本课题研究目的和内容 4 2 ZIF-7的合成 6 2.1实验试剂和主要设备 6 2.2 ZIF-7的合成方法 6 2.3 表征方法与手段 7 3 结果与讨论 9 3.1 不同配方对ZIF-7晶体的影响 9 3.1.1红外光谱分析 10 3.1.2 SEM分析 10 3.1.3 XRD分析 11 3.1.4 热失重分析 13 3.2 Zn2+浓度的影响 14 3.2.1 不同浓度下SEM分析 14 3.2.2 不同浓度制得晶体的XRD图谱 15 3.3 不同温度对晶体的影响 16 3.3.1 不同温度合成ZIF-7晶体的SEM图像分析 16 3.3.2 不同温度下样品的XRD图谱分析 17 3.4 反应时间的确定 18 3.4.1 XRD图谱分析 19 3.4.2 热失重分析 20 4 结 论 22 参考文献 23 致谢 25 1综述 1.1 ZIFs概述 金属有机骨架(metal organic frameworks，MOFs)多孔材料，是利用有机配体与金属离子间的金属。配体络合作用而自组装形成的超分子微孔网络结构，继MOFs化合物合成出后，相对更为复杂的沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIFs)也被发现，这是一种由金属原子桥联多个咪唑类环型有机分子组成的化合物。目前已经合成出成百上千的产品，这种多孔类物质的研究已经成为一个被化学家广泛涉猎的领域，它可以被应用到气体储存、过滤和催化等方面。在很多领域都拥有诱人的应用前景，引起了研究者的极大兴趣，从而使得设计与合成不同孔径的ZIFs迅速发展起来。 在化学结构上，ZIFs能够让大小或者形状合适的分子进入其中并将其存储起来，而将较大或者形状与内部孔结构不同的分子阻挡在外。笼状结构的多孔ZIFs材料能够选择性的捕获混合气体中的二氧化碳，再加上ZIFs本身良好的稳定性和简便的合成方法，使ZIFs有望成为新型的二氧化碳捕集介质，在当今世界可持续发展的大前提下对这种材料进行讨论有着重要的意义。 ZIFs是通过与金属的“裁剪”合成，金属在有机化合物ZIFs的结构中担当网络中心和连接处的支柱，咪唑类结构作为框架，通过改变原料配比，可以合成了数以千计的多孔结晶类物质，相对于MOFs材料来说ZIFs的热稳定性和化学稳定性比较好，并且ZIFs与传统的分子筛沸石体系相比具有产率高、微孔形状和尺寸可调等结构和功能，这使得ZIFs的研究成为化学界最热的领域之一。 ZlFs材料合成的方法主要有2种，分别为溶剂热合成法、液相扩散法，其中溶剂热合成法应用最为广泛，而液相扩散法可以得到低密度的ZIFs，反应可以在常温或低温下进行，使用有机胺或铵的水溶液作为缓冲体系，有机胺是能够迅速释放金属离子的物质，在这里为咪唑提供去质子化的基础，这种方法最大的缺陷就是经常得到的是一些无定型沉淀，不能达到合成的目的。 1.1.1 ZIFs的结构ZIF-7的分子式为Zn(PhIM)2(H2)3，它的结构如图1.1所示: 图1.1 ZIF-7的三维分子结构示意图 Fig1.1 Three-dimensional molecular structure diagram of ZIF-7 ZIFs体系材料与传统的沸石分子筛在结构上相类似，沸石分子筛是以硅氧四面体SiO4或铝氧四面体AlO4为结构单元，通过桥氧共价键连接，形成具有空间结构的多孔材料。 在制造ZIFs材料时用过渡金属原子(比如Zn2+和C2+)取代原来的原子(又四面体结构的原子，如A1原子和Si原子)，而桥氧则被咪唑酯取代。鉴于M-IM-M (M表示四面体中的金属离子，IM表示咪唑以及其衍生物)的夹角约为145°，和天然沸石中一般存在的Si-O-Si的角度一致，我们希望ZIFs类物质至少和沸石一样有广阔的前景，最初合成ZIFs的反应方法单一、费时、浪费反应物，这要求我们改善反应方法，找到一种效率、可持续的合成方法是当务之急。 影响合成的一些因素主要有：有机连接体和金属盐的可溶性溶剂的极性媒介的离子浓度、pH值，温度和压力等。这些因素处理不当有可能导致晶体质量比较差，产率低，还可能影响晶体新阶段的形成，如果这些因素能针对具体的合成物质很好的加以处理，那么大多数高产率的ZIFs的合成只需很小的能量支出。典型的温度通常在室温至200℃之间，时间一般在几小时至几天，溶剂可反复循环使用[1]。 在制取ZIFs的时候，主要根据骨架中的金属离子分为以下两种方法 (1)利用Cu2+和Fe2+的反应：将Cu(NO3)2·2.5H2O或FeBr2溶解在酒精或N，N-二甲基甲酰胺(DMF)或N，N-7,基甲酰胺(DEF)或N，N-二丁基甲酰胺(DBF