Zr4+为中心离子9,10-蒽二甲酸为配体的骨架材料UIO-66(H2ADC)合成及性能研究

来源 :安徽建筑大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiangfeng007
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金属有机骨架材料(MOFs)是由金属离子或金属簇为中心和有机配体为桥梁通过自组装而形成的一类新型晶体结构的功能材料。MOFs因其结构可设计、密度轻和高比表面积,已显示其在催化、气体分离和储存等领域的重要应用而成为材料研究的热点,然而,大多数MOFs在物理化学稳定性上存在不足,同时用于难以极化和吸附的氢气存储功能化MOFs材料研究进展缓慢,因此合成出具有高稳定性及高储氢性的功能化MOFs材料是研究者的共同目标。主要设计研究了以高稳定性的Zr+4为中心离子,高共轭性的9,10-蒽二甲酸为有机配体,采用简单溶液法和溶剂热法合成了一种新型的纳米UIO-66类MOF材料,记为UIO-66(H2ADC)。并对该材料进行了一系列的物理化学性能表征:粉末X-射线衍射,红外光谱,比表面微孔孔径分析,同步TG-DTG热分析,系统研究其在酸、水、碱条件下稳定性试验及氢吸附性能研究,研究结果表明:UIO-66(H2ADC)表现出优异的热稳定性及高抗水性,在硝酸、三乙胺中稳定存在,同时表现出较高的储氢性能。具体研究工作如下:1.有机配体9,10-蒽二甲酸合成,具体合成过程为:由原料蒽通过溴化得到溴蒽,然后溴蒽在丁基锂为催化剂,通入二氧化碳,得到黄色粉末9,10-蒽二甲酸,并对其进行红外、核磁表征。2.以9,10-蒽二甲酸为有机配体,Zr+4为中心离子采用两种不同方法(简单溶液法和溶剂热法)合成新型纳米尺寸的黄色粉末材料,分别记为UIO-66(H2ADC)-1和UIO-66(H2ADC)-2,并研究不同反应温度,反应时间,投料比对合成的影响,同时采用溶剂热法合成了已报道的锆金属有机骨架材料UIO-66,并对它进行PXRD表征,结果为:简单溶液法和溶剂热法成功合成了UIO-66(H2ADC),并与UIO-66具有相同拓扑结构。3.利用N2吸附、热重分析、抗水、酸、碱等稳定性试验等手段表征了锆金属有机骨架材料UIO-66(H2ADC)物理化学性能。N2吸附测试结果表明:UIO-66(H2ADC)-1的比表面BET为432m2/g,Langmuir为487m2/g,UIO-66(H2ADC)-2比表面BET为715m2/g,Langmuir为1028m2/g;并对UIO-66(H2ADC)-1进行同步TG-DTG热分析,并系统研究其在酸、水、碱稳定性试验等。热重结果表明UIO-66(H2ADC)材料热稳定性较好,在583K左右骨架才开始坍塌;酸、水、碱稳定性试验结果表明:UIO-66(H2ADC)具有高抗水性能及在硝酸、三乙胺中稳定存在。4.对UIO-66(H2ADC)-1、UIO-66(H2ADC)-2、UIO-66通过高压储氢分析仪(FineSorb-3110)进行氢气吸附测定。H2等温吸附测试表明,在298K,5MPa下,他们的氢吸附量分别为:2.19wt%,2.38wt%,1.28wt%。由上述数据可以得出:以9,10-蒽二甲酸为配体合成的UIO-66(H2ADC)具有较高的储氢性能,比已报到的UIO-66有显著的提高,约为其的1.8倍。这表明9,10-蒽二甲酸配体与已报到的配体对苯二甲酸相比,增加了2个苯环,形成更大的共轭π键,增加与氢的相互作用,从而提高了新型MOF的储氢性能。
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