论文总字数：7041字

摘 要

金属-有机骨架（Metal-Organic Frameworks，MOFs）, 是具有各种物理和化学性质的结晶纳米材料。MOFs多孔材料兼备了有机材料和无机材料的诸多特性，并在分子分离、催化、气体吸附、药物运输等方面具有重要的应用价值，因此在化学工业中占有一席之地。为了研究MOFs材料在气体吸附的应用，我们设计用4,7-二溴-2,1,3,-苯并噻二唑和间二乙氧羰基苯硼酸酯经Suzuki偶联、水解,得到一个以苯并噻二唑为母核的具有大共轭结构的平面多羧酸配体，并经NMR和IR等表征确认结构。

关键词：金属-有机框架、苯并噻二唑、Suzuki偶联

Abstract: Metal−organic frameworks (MOFs) are crystalline nanoporous materials with various physical and chemical properties. MOFs porous materials have many properties of organic materials and inorganic materials, and have important application value in molecular separation, catalysis,gas adsorption, drug transportation, etc., so they have a place in the chemical industry. In order to study the application of MOFs in gas adsorption, we designed Suzuki coupling and hydrolysis with 4,7-dibromo-2,1,3,-benzothiadiazole and m-diethoxy carbonyl benzene borate. A planar polycarboxylic acid ligand having a large conjugated structure, and confirmed by NMR and IR characterization.

Key words: MOFs, benzothiadiazole, Suzuki coupling

目 录

1 前言 3

1.1 MOFs材料简述 3

1.2 MOFs在气体吸附与分离方面的运用 3

1.3羧酸配体的优势 4

2 实验部分 4

2.1 配体的设计 4

2.2配体的合成 5

3 结果与讨论 6

结论 8

参考文献 9

附录 12

1 前言

MOFs材料简述

金属有机骨架（MOFs）是有序的多孔固体，其中无机建筑单元通过有机链接连接。其化学的一个重要方面是能够构建具有功能化孔的结构。这可以通过在结构组装中采用适当的功能化链接或在结构形成后使链节功能化来实现。并且这些方法已被用于产生具有通过其官能化的孔的MOFs、有机单元和非共价或共价结合的配位络合物、引入共价结合的有机金属配合物。与以往的无机材料相比，MOFs 材料具有多重优点。MOFs材料的研究涉及各门各类学科的最新成果，因此近年来MOFs 材料受到愈来愈多专家学者的关注。^[1]

MOFs材料的一个主要特性是微孔隙的存在赋予它们许多有趣的特性，这些特性对于不同领域的潜在应用是关键的。在许多情况下，通过热排空和通过用较低沸点溶剂交换合成后的MOFs中所含的溶剂，然后除去下部，可以获得高孔隙率。在相对温和的条件下沸腾溶剂。正如Nelson等人报道的那样，溶剂去除通常是一种微妙的操作，可导致坍塌或通道堵塞。^[2]解决了MOFs材料的部分分子容易导致坍塌或者通道堵塞的问题之后，就有各式各样的羧酸类配体可以选择或者被修饰，在此基础上，人们合成了新型材料—复合MOFs材料，这种研究大大拓宽了MOFs的运用。

近十几年，MOFs材料受到了各界的广泛关注，并且不断向别的方面扩开。然而由于MOFs合成较为困难，其中金属离子直接与碳原子结合，在很大程度上未发展。MOFs合成中的一个特殊挑战是系统地修改化学成分，功能和分子维度而不改变原始拓扑结构。另外，与沸石相比，MOFs材料的主要缺点之一可归因于它们相当低的热稳定性，水热稳定性和化学稳定性，这无疑限制了它们在大规模工业应用中的使用^[3]。在这方面，迄今为止科学文献中报道的数据相当有限。但从配体的合成到MOFs材料概念正式的提出，再到MOFs在各行各业放光发热来看，MOFs仍然存在巨大的发展潜力和研究意义。

1.2 MOFs在气体吸附与分离方面的运用

MOFs是由通过有机连接体连接的金属离子制成，以产生多孔结构，并且它们具有许多有趣的性质，例如超高表面积（SAs）和非常大的孔隙率。金属和有机连接体的选择广泛可能性推动了MOFs的发展。MOFs的结构可调性允许针对特定应用定制具有预定功能的材料。MOFs被认为有望用于化学和生物的各个方面，包括储气和分离等等。其中，CO₂ 分离受到了极大的关注，因为MOFs提供了适合CO₂ 捕获的各种孔径，形状和拓扑结构。CO₂捕获天然气，这种净化不仅对增加净化天然气的能量密度，但也防止由用于运输天然气的管道中酸性二氧化碳的腐蚀。已经测试了活性炭和沸石的基于吸附的CO₂ 分离。然而，这些材料的低选择性和或低再生性导致连续寻找具有更好性能的新吸附剂。MOFs最近被认为是用于CO₂ 捕获的有希望的材料，并且使用CO₂ 分离存在的MOFs吸附剂。一些研究提出了具有较高的CO₂ 选择性MOFs比沸石和碳基吸附剂的容量大得多。并且这个大的材料空间为创造合适的MOFs创造机会，这些MOFs可以实现具有高性能的目标CO₂ 分离。^{[4] [5]}

随着不断大气二氧化碳含量的不断升高与全球变暖和气候变化受到广泛关注，人们仍然迫切需要选择性捕获和隔离CO₂的MOFs以减少其在大气中的温室效应。^[6-8]大多数CO₂ 捕获过程利用液态胺基吸收剂来吸附CO₂；然而，它们具有溶剂的腐蚀性和溶剂再生的高能量需求的缺点。相比之下，使用多孔材料捕获CO₂是一种节能的替代方法，因为它们的能量需求低。在这方面，金属有机骨架（MOFs），一种新兴的多孔材料，在CO₂ 储存和分离方面表现出独特的性能，因为我们可以预先设计MOFs的有机和无机部分，以指导分子识别CO₂。^[9]

1.3羧酸配体的优势

在各式各样的配体中，为什么用羧酸作配体尤其独特之处呢？下面我将用表格向大家呈现。

1、羧酸部分的负电荷密度较大，与金属离子的配位能力较强

2、羧酸具有多种配位方式，可以形成金属羧酸盐簇或桥连结构，从而增强主体的稳定性和刚性，可以防止互穿网络的形成

3、完全或部分质子化的羧酸展现出不同的配位几何结构，从而导致更高的维数结构

4、有特殊角度的相邻羧酸（60°，120°，180°）可以在特定的方向上连接金属离子，获得特殊的扩展网络，产生预想的网络结构

5、根据去质子羧基的数目他们不仅可以作为氢键的受体还可以作为氢键的给体

2 实验部分

2.1 配体的设计

要合成不同空隙大小的MOFs，可以通过对有机配体的选择和优势来完成，有机配体的长短同样决定了MOFs的孔隙大小，有机配体的修饰官能团可以调节MOFs的孔径构造和表面的物理与化学性质，不同的有机配体会改变MOFs的网络拓扑结构。

尽管将不同金属中心结合到MOFs中的能力已经提高，但是将含有官能团的配体引入MOFs仍然是一个具有挑战性的问题。要组建具有所需性能的结构，起始构件应满足两个特定要求：1、包含构建骨架所需的相关特征2、具有可在类似合成条件下采用的不同功能和尺寸以产生具有相同合成条件的拓扑结构。^[10]并且空间位阻大的有机配体不利于结构的稳定，所以引入的官能团通常为多齿基团，而羧酸就是很好的选择。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：7041字