多级孔UiO-66和UiO-66-NH2的合成、表征及性能研究

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金属有机骨架材料(metal-organic frameworks,MOFs)是一类由金属离子或金属簇与有机配体通过自组装形成的新型的多孔材料。金属有机骨架材料的结构可以通过选择不同的金属和具有不同化学性质的有机配体来进行调变。由于MOFs具有结构多样性,功能可调性和较大的比表面积等特点,因此在多相催化、气体存储、化学传感、药物分离等方面有着广阔的应用前景。然而,大多数的金属有机骨架材料都是微孔(孔径<2nm)结构,这种微孔结构阻碍了大尺寸的分子进入、限制了其在催化、药物分子的化学转化和药物传输等领域的应用。本文以UiO-66为研究对象,对多级孔UiO-66的制备方法进行了探索,并对其结构、催化性能以及染料分子的吸附性能进行了研究。在此基础上,又进行了多级孔UiO-66-NH2的合成,对其孔结构及催化性能进行了研究。具体工作如下:(1)多级孔UiO-66材料的制备。在不使用模板剂和络合剂的情况下,通过在传统UiO-66的合成体系中引入适量水即可制备多级孔结构的UiO-66。采用XRD、TGA、NH3-TPD、SEM、N2吸附等表征手段对所制备的多级孔UiO-66材料的物化性质进行了表征。结果表明:合成体系中引入适量水对UiO-66的成核和晶体生长过程有较大影响,得到由纳米粒子构成的多级孔UiO-66材料。所制备的UiO-66在正己酸与苯甲醇的酯化反应中表现出了比常规UiO-66更佳的催化活性,表明其存在的介孔结构有利于大分子的催化反应,且表现出良好的稳定性和重复使用性。(2)多级孔UiO-66材料作为染料吸附剂。多级孔UiO-66在甲基橙和罗丹明B两种染料溶液中都表现出了比UiO-66更好的吸附性能,表明其介孔结构有利于大分子染料的吸附,且具有良好的重复利用性。(3)多级孔UiO-66-NH2材料的制备。采用与制备多级孔UiO-66相一致的方法成功制备出了多级孔UiO-66-NH2,并采用XRD、TGA、SEM、FTIR、N2吸附等表征手段对其物化性质进行了表征,结果表明在常规UiO-66-NH2的合成体系中引入适量的水也可成功制备多级孔UiO-66-NH2。所制备的多级孔UiO-66-NH2材料在苯甲醛和丙二腈的诺文格尔缩合反应表现出了比UiO-66-NH2更优异的催化性能,表明了其多级孔结构在催化应用中的优势。
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