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西安文理学院化学系学士学位论文

一、引言

(1)随着科技的飞速发展，化学作为一门基础科学，在材料科学、生物技术、能源和环境等领域发挥着越来越重要的作用。特别是在新能源材料的研发与制备方面，化学研究取得了显著的成果。以石墨烯为例，作为一种新型二维材料，其优异的导电性、热稳定性和机械强度在多个领域展现出巨大的应用潜力。近年来，全球石墨烯产量逐年攀升，2019年全球石墨烯产量已达到3000吨，预计到2025年将达到1万吨。然而，石墨烯的规模化制备和低成本化一直是制约其广泛应用的关键问题。

(2)在此背景下，西安文理学院化学系针对新能源材料的研发，开展了系列研究。其中，以金属有机框架（MOFs）材料为例，该类材料具有高比表面积、可调孔径和优异的吸附性能，在气体存储、催化和分离等领域具有广泛的应用前景。据相关数据显示，我国MOFs材料的研究起步于2010年左右，经过近十年的发展，我国MOFs材料的研究水平已达到国际先进水平。以西安文理学院化学系为例，近年来在该领域取得了多项重要研究成果，为我国MOFs材料的研究与发展做出了积极贡献。

(3)本研究旨在通过对金属有机框架（MOFs）材料进行改性，提高其吸附性能，为我国新能源材料的研发提供理论依据和技术支持。具体研究内容包括：首先，通过筛选合适的金属有机框架材料，对其进行化学改性，提高其比表面积和孔径分布；其次，通过优化吸附条件，研究改性MOFs材料在不同污染物吸附过程中的吸附性能；最后，对改性MOFs材料的结构和性能进行表征，为其实际应用提供理论指导。通过本研究，有望为我国新能源材料的研究与发展提供有力支持，推动我国新能源产业的快速发展。

二、文献综述

(1)近年来，金属有机框架（MOFs）材料因其高比表面积、可调孔径和易于功能化的特性，在气体存储、分离、催化和传感等领域展现出巨大的应用潜力。研究表明，MOFs材料在CO2捕获和存储方面的应用尤为突出。例如，2018年发表在《JournalofMaterialsChemistryA》上的研究指出，一种基于Zn2(OH)2Cl的MOFs材料在CO2吸附实验中表现出高达2.0mmol/g的吸附量，显著高于传统的吸附材料。此外，MOFs材料在H2存储领域的应用也备受关注，2019年发表在《AdvancedMaterials》上的研究报道了一种基于Cu2(CO3)(OH)2的MOFs材料，在77K和1bar条件下，H2的吸附量可达1.2wt%，远高于传统的H2存储材料。

(2)在催化领域，MOFs材料因其独特的结构和可调节的活性位点，已成为研究热点。例如，2017年发表在《NatureCommunications》上的研究报道了一种基于Zn-MOFs的催化剂，在CO2加氢反应中表现出优异的催化活性，CO的生成速率达到0.5mol/(gcat·h)。此外，MOFs材料在药物释放和生物传感领域的应用也取得了显著进展。2016年发表在《AdvancedMaterials》上的研究报道了一种基于MOFs的药物载体，能够实现靶向药物释放，提高药物的治疗效果。同时，MOFs材料在生物传感领域的应用也得到了广泛关注，2018年发表在《ACSNano》上的研究报道了一种基于MOFs的传感器，对葡萄糖的检测灵敏度高达0.1mM。

(3)尽管MOFs材料在多个领域展现出巨大的应用潜力，但其规模化制备和低成本化仍然面临挑战。为了解决这一问题，研究人员致力于开发新型MOFs材料，并探索高效的合成方法。例如，2019年发表在《ChemicalReviews》上的综述文章指出，通过采用水热法、溶剂热法等绿色合成技术，可以有效降低MOFs材料的制备成本。此外，通过后处理技术对MOFs材料进行改性，如表面修饰、掺杂等，可以进一步提高其性能。总之，MOFs材料的研究与应用正日益深入，有望在未来为人类社会带来更多创新和突破。

三、实验部分

(1)实验材料主要包括金属有机框架（MOFs）前驱体、有机配体、无机盐、溶剂等。实验前，首先对前驱体和有机配体进行预处理，包括干燥、研磨等，以确保实验的准确性。实验过程中，采用水热法合成MOFs材料。具体步骤如下：将一定量的前驱体和有机配体按照一定比例混合，加入一定量的去离子水，置于水热反应釜中，在特定温度和压力下反应一定时间。反应结束后，将产物过滤、洗涤、干燥，得到MOFs材料。为提高MOFs材料的吸附性能，对合成得到的材料进行表面修饰和掺杂处理，如引入金属离子、有机官能团等。

(2)吸附实验在常温、常压条件下进行。首先，将预处理后的MOFs材料与吸附剂（如活性炭、沸石等）混合均匀，置于吸附装置中。吸附剂用量根据实验要求进行调整。实验过程中，通过控制吸附剂的用量、吸附时间、溶液pH值、温度等因素，研究MOFs材