锕系卟啉MOFs的合成与应用研究

来源 :兰州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yaoyao115711
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
锕系元素在元素周期表中是独特的存在,因其具有的5f电子轨道而展示出特殊的电子结构与成键性质。所有的锕系元素都具有放射性,这一方面促成了以铀为代表的核能开发利用,另一方面无疑为研究锕系元素化学增加了困难。与镧系金属或过渡金属相比,锕系元素相关的研究还较少。金属-有机框架(MOFs)材料作为一类新型材料,近年来受到越来越多关注。MOFs为锕系元素配位化学研究提供了良好的平台,还为扩大锕系材料的潜在应用提供了理想的载体。同时,功能性配体的引入为锕系MOFs增添了更为丰富的应用研究。本论文工作基于锕系金属铀、钍与卟啉衍生物配体通过配位连接,构筑了一系列锕系卟啉MOFs(AMOF)。详细研究了这些锕系MOFs的配位模型与拓扑结构,全面表征了材料的性质,并对材料在催化领域的潜在应用进行了初步探索。本论文具体内容包括:(1)梳理了锕系MOFs的发展,总结了锕系元素的配位模式,归纳了近年来报道锕系MOFs的拓扑结构与潜在应用。概述了近年来卟啉MOFs在众多应用领域的研究进展。(2)使用卟啉四羧酸配体与锕系金属铀酰构筑了具有pto型拓扑结构的AMOF-1和具有tbo型拓扑结构的AMOF-2,这是首次将锕系元素引入到卟啉MOFs体系中,填补了卟啉MOF在锕系化学领域的空白。系统分析表征了AMOF-1和AMOF-2的配位构型,并探究了AMOF-2对含氮杂环化合物的脱氢催化反应。(3)通过碱金属K+的引入,将铀酰MOF的二重穿插框架结构连接在一起形成整体框架结构AMOF-3,实现了MOF材料的热稳定性、空气稳定性和水稳定性的提升。同时,将AMOF-3应用于光催化固定CO2的催化体系中,实现非均相高效催化。(4)基于混合配体策略,将卟啉四羧酸配体和线性二羧酸配体与锕系金属钍构筑成钍基卟啉MOF AMOF-4,其稳定性和光催化性均能得到提升。通过硫醚的光催化氧化和光催化固定CO2实验验证了这一策略的有效性。(5)通过温度诱导二维钍基卟啉MOF AMOF-6逐步实现结构从二维向三维的转变,得到AMOF-7和AMOF-8,通过系列原位表征验证了单晶-单晶转变过程。探究其应用于光催化CO2还原反应,解析了结构的改变极大影响着光催化性能。(6)基于延展的卟啉四羧酸配体与锕系金属钍构筑了分级介孔-微孔MOF AMOF-9,并通过原位封装策略将磷钨酸引入固定在MOF框架结构中,实现了光催化CO2还原性能的大幅提升。(7)总结了本文的研究工作,并对锕系MOFs的后续研究提出了一些看法。
其他文献
由于配位聚合物具有诸多潜在的应用,因此受到广泛关注。研究配位聚合物的合成、结构、性质及结构与性能的关系,对新型功能配位聚合物的构筑具有重要的意义。本论文选用2,6-双(1-苯并咪唑基)吡啶(bbip)和不同的有机羧酸配体,在溶剂热条件下,构筑了24个新的过渡金属配位聚合物,并对其结构进行了表征,总结了合成规律,对部分配位聚合物的稳定性、荧光、非线性光学、质子导电以及磁性进行了研究,主要研究内容如下
学位
人类生产生活对强磁场的需求推动着磁体技术的快速发展,相较于传统的水冷磁体,超导磁体具有低能耗、结构紧凑、质量轻、磁场空间均匀度高等显著优势,在科学研究、能源、医疗等领域展现出巨大潜力。基于高温超导带材研制而成的内插磁体现已成功突破直流稳态磁场记录,同时高温超导带材也因高磁场下的大载流特性以及优异的机械性能,被视为研制下一代超高场磁体最具发展前景的材料。伴随着磁场强度的提升,高场超导磁体技术的发展面
学位
超导现象自1911年被发现以来,一直是材料、物理等领域的前沿学科,经过一百余年的研究与发展,已在高能物理、能源、医疗、信息等领域得到了广泛的应用,相关的超导应用成为世界各发达国家抢占的高新前沿技术,我国也将这一领域列入“中国制造2025”,是国家重大需求。我们知道,超导材料在传输低于其临界电流的直流电时没有损耗,这便是超导材料的“零电阻效应”,然而在超导材料的实用化过程中,不可避免会出现超导材料传
学位
水力压裂技术广泛用于页岩气开采,伴随着压裂作业产生大量成分复杂、盐度高、可生化性差的压裂返排液。压裂返排液的处理和处置对页岩气工业的可持续发展至关重要。本研究分析了中国典型页岩气藏区压裂返排液的物化特征和分子组成,并对厌氧颗粒污泥技术处理压裂返排液的可行性及微生物群落结构进行了研究。通过神经网络模型对厌氧颗粒污泥处理压裂返排液的影响因素进行了分析。(1)典型页岩气藏威远和广元区块压裂返排液具有总溶
学位
风化是一种使岩石和矿物改变到与地表环境平衡的过程,它塑造地球关键带的结构,影响地质旋回中的物质循环。粘土矿物作为占沉积岩和风化壳总体积近一半的层状硅酸盐矿物,其风化作用强烈影响地球关键带土壤的理化性质,缓冲大气和生物圈中的酸,为植物生长提供营养,影响全球碳循环。本论文以粘土矿物中容易被风化的绿泥石为主要研究对象,通过野外研究和室内实验两大部分,开展了跨尺度的粘土矿物风化研究。野外研究点选择位于美国
学位
戈壁荒漠在我国北部和西北部广泛分布,干旱多风的气候特征使得戈壁地区风沙运动(如沙尘暴)频发,给当地人民的生活生产、基础设施、交通运输乃至健康与生命造成极大危害。与沙漠相比,戈壁地表由砾石和结皮覆盖,同时所在区域的环境风速更为强劲,因而导致戈壁地区的风沙运动表现出和沙漠地表迥异的特征,但目前大多数有关风沙流运动基础理论的研究主要针对沙床地表,人们对戈壁地表风沙流特征及其机理的认识还十分有限。风沙运动
学位
原子核是由若干个核子(质子和中子)构成的量子多体系统,质量是其最基本的性质之一。原子核质量反映了原子核内部核子之间的相互作用,包括强相互作用,弱相互作用以及电磁相互作用。原子核质量的精确测量对认识原子核内部结构、核子之间相互作用以及宇宙元素起源具有重要意义。宇宙中比铁重的元素中约有一半是通过快中子俘获过程(r-过程)产生的。原子核质量是r-过程计算模型的重要输入量。然而大部分r-过程原子核在实验室
学位
目前观测到的宇宙由可见物质(visible matter)、暗物质(dark matter)和暗能量(dark energy)组成,人类世界由可见物质构成,因此对可见物质的结构、相互作用及性质的研究,是人类自然科学的主要内容,具有天然的重要性。重子是可见物质最主要的组成成分,根据宇宙大爆炸理论,早期宇宙中有等量的可见重子正物质与反物质,并且有众多不同种类的重子存在,它们随时间演化到目前仅有的重子正
学位
相互作用截面(反应截面)测量是研究不稳定原子核密度分布的基本实验方法之一,也是用来寻找晕核的最常用的方法。近年来,在相互作用截面研究方面受关注的一个重要课题是:晕核的相互作用截面具有怎样的束流能量依赖关系,以及多高的束流能量能够更加精确地提取晕核的结构信息。有研究认为,在高能束流情况下,主要是晕核的核芯部分对反应截面有贡献,核芯外部晕部分对截面贡献较小;而在低能情况下,核芯外部的低密度晕部分对反应
学位
原子核是复杂的微观量子多体自束缚系统。虽然原子核物理自诞生以来已历时一个多世纪,但原子核性质的研究依然充满了挑战。基于原子核中核子-核子相互作用即核力的认识,结合不同的核多体方法,人们发展了描述原子核复杂性质的核理论模型。核力是一种剩余的强相互作用,包含有中心力、自旋-轨道耦合、张量力等成分,目前介子交换图像是描述核力最成功的理论之一。为了有效描述多个核子组成的原子核系统,引入有效核力是一种常见并
学位