基于氮杂环和羧酸配体的MOFs构筑及吸附和催化性能研究

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金属-有机框架(MOFs)作为一种有机-无机杂化材料,由有机连接体和金属中心通过配位键组装形成。由于MOFs具有丰富的结构类型和多样的功能特性,使得MOFs在气体存储、分离、催化、传感、发光等方面具有潜在的应用价值。然而,当前MOFs在结构设计以及结构与性能关系的研究中还存在诸多的科学问题,有待于进一步的探索。因此构筑具有新型结构的MOFs并探究结构与性能的关系,对该类新型杂化材料的发展具有一定的指导意义。本论文从MOFs构筑基元的结构设计以及基元组合为出发点,采取溶剂热合成方法,制备了9例具有新型结构的MOFs。通过单晶衍射等手段对所得MOFs结构和性质进行了表征,并重点研究了它们的吸附和催化性能。(1)选用4,4’,4’’-三甲酸三苯胺(H3L)和1,4-二(吡啶-4-基)苯(bpb)这两种配体制备了三例结构新颖MOFs(RH-1~RH-3)。探究了RH-1选择性二氧化碳吸附性能并测试了三种材料催化二氧化碳环加成反应的性能。实验结果显示RH-1具有优异的气体分离性能并且可以有效催化二氧化碳与环氧化物的环加成反应。(2)选用3-吡嗪基-1,2,4-三唑(Hpzta)、均苯三甲酸(H3btc)、2-硝基-1,4-苯二甲酸(H2nth)和2,5-二(1H-咪唑-1-基)对苯二甲酸(H2dtpa)作为配体制备了四例不同维数并且结构新颖的金属-有机框架材料。探究了它们对4-硝基苯酚还原加氢的催化性能和可循环使用的性能。实验结果表示,RH-4、RH-5和RH-6均对4-硝基苯酚还原加氢具有优异的催化效果,并且均具有良好的循环稳定性,可以在10次循环试验后仍保持高效的活性。(3)选用1,3,5-三甲基-2,4,6-三(4-吡啶基)苯(TPB)、2,2-联苯二羧酸(H2bpy)和2-(1H-1,2,4-三唑-1-基)苯-1,3,5-三羧酸(H3typt)作为配体,制备了两例三维结构新颖的金属-有机框架材料。探究其对有机染料的吸附及分离的性能。实验结果表明,RH-8可以高效地吸附阴离子甲基橙染料,并且在甲基橙和罗丹明B的混合溶液中,选择性吸附甲基橙。
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