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摘 要

金属有机骨架（Metal-Organic Frameworks,MOFs），也称为多孔配位聚合物（PCPs），是有机配体与金属离子或簇作用自主装形成的网状骨架结构。MOFs由于其优秀的理化性质被广泛应用于气体储存、非均相催化、分离和传感等领域。而后，人们发现MOFs其中一种具有沸石骨架结构的材料—ZIFs，由于其较传统MOFs优秀的热稳定性和化学稳定性，ZIFs成为了备受关注的热点材料之一。其中ZIF-8是ZIFs材料中具有代表性的材料，其比表面积可以达到1 400m²·g^-1，热稳定性高致420 ℃。ZIF-8的合成方法一般有几种：溶剂热法，微波合成法，声化合成法及室温合成法等。本实验采用室温合成法合成ZIF-8晶体，将n(min)：n(Zn² )=1:30溶液混合，常温下搅拌5小时得到。

关键词：MOFs ZIFs ZIF-8 合成

ABSTRACT

Metal-Organic Frameworks,MOFs,also known as porous coordination polymers， is a network skeleton structure of the organic ligands and metal ions or clusters formed by means of independent action。MOFs because of its excellent physical and chemical properties are widely used in gas storage, heterogeneous catalysis, separation and sensing and other fields.Later,one of MOFs— ZIFs was found ,having zeolite skeleton structure.Due to its better thermal and chemical stability than traditional MOFs, ZIFs become one of the hot spot of concern material.ZIF-8, the most representative ZIFs,its specific surface area of up to 1 400m²·g^-1 and thermal stability up to 420 ℃.Synthesis of ZIF-8 generally have several: solvothermal ,microwave synthesis,biochemical synthesis,room temperature synthesis and so on.In this study,we used room temperature synthesis to synthesize ZIF-8 crystals.We mixed min and Zn² as the molar ratio of 30:1,then stirred it at room temperature for 5 hours.

KEY WORDS:MOFs;ZIFs;ZIF-8;synthesize

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.1.1 MOFs简介 1

1.1.2 MOFs的特点与应用 2

1.1.3 MOFs材料的合成方法 2

1.2 ZIFs微孔材料 3

1.2.1 ZIFs材料简介 3

1.2.2 ZIFs的合成 4

1.2.3ZIFs材料的应用 4

1.3 ZIF-8材料简介 5

1.3.1 ZIF-8的合成 5

第二章 实验部分 7

2.1 试剂与仪器 7

2.1.1实验所用的主要试剂和主要原材料 7

2.1.2实验中使用的主要器材 7

2.1.3 实验设备演示图 8

2.2 ZIF-8晶种的合成及膜的制备 10

2.2.1 min与二水合乙酸锌不同浓度对ZIF-8晶体影响的探究 10

2.2.2膜的制备 12

2.3 对样品的表征 13

2.3.1 XRD分析 13

2.3.2 样品的电镜扫描 13

第三章 结果与分析 14

3.1 min与Zn² 摩尔比探究 14

3.2 ZIF-8膜制备实验 15

3.2.1晶种液的制备 15

3.2.2 膜的制备 16

第四章 结论与展望 21

4.1结论 21

4.2展望 21

参考文献 23

致 谢 25

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

近年来，因为传统不可再生的化石能源渐渐的消耗殆尽，人们日益重视像煤层气这样的新型非传统的绿色能源。在环境日益恶化的今天，高效、低碳、低耗等是人们重视煤层气的主要原因。煤层气资源评估报道，中国煤层气地质资源与常规天然气的储存量相差无几，开发利用后将成为生活和生产中主要的能源之一^[1]。中国地质复杂，目前，井下抽放煤层气是开采的主要方式^[2]，其中含有少量的CH₄便直接被排放到大气中，这样则造成浪费了大量的资源。目前还没有真正能高效吸附分离CH₄/N₂的吸附剂可以将煤层气中低含量的CH₄提浓分离出来。从而金属-有机骨架材料（Metal-Organic Frameworks,MOFs)作为新型的吸附剂受到研究人员的重视^[3]。

MOFs能让不同的金属离子与各种刚性桥连有机配体进行络合，从而可以设计合成出不同孔径的金属---有机骨架，因此MOFs的结构有多种变化^4]。相比于传统多孔材料，其最显著优势在于其吸附性能和选择性的可变性。后来人们发现MOFs材料其中有一种独特的材料—ZIFs，其具有优于MOFs材料的热稳定性和化学稳定性^[5,6]，并且也具有传统MOFs材料的各种优点，并且有较好的吸附—脱附功能，是一种很大开发前景的高效吸附材料^[7],[8]。

1.1.1 MOFs简介

金属有机骨架（Metal-Organic Frameworks,MOFs），也作多孔配位聚合物（PCPs），是一种由有机配体与金属离子或簇作用自主装形成的网状骨架结构材料^[9]。于1995年由Yaghi OM研发出来^[10]，并且在后来的二十年里，由于MOFs材料高效的性能，迅速发展为一个新的研究方向。其中，MOFs-5和Cu-BTC^[11]是两种具有代表性的MOFs材料，其具有优秀的热稳定性，高比表面和孔隙率。一般的MOFs材料由两个部分组成，作支柱作用的有机配体和作节点作用的金属中心，所以可以根据MOFs材料组分单元和在合成方面的差别将其分为：网状金

属—有机骨架材料（IRMOFs）、类沸石咪唑酯骨架材料（ZIFs）、来瓦西尔骨架材料（MILs）、孔—通道式骨架材料（PCNs）。

1.1.2 MOFs的特点与应用

MOFs材料孔径与典型的沸石直径差不多，范围通常在3.8 °-28.8 °之间。MOFs结构具有多孔性，但除此之外，其还有各种各样的孔形态，而其中的有机配体的状态可以调控MOFs的孔形态。从而可以人为的通过改变MOFs的孔径大小和结构，来调节有机骨架的比表面积及孔隙率至人们所需要的状态，这样便可以使多孔材料满足各种应用的需求。

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