金屬—有機(jī)和共價—有機(jī)骨架材料中流體吸附性質(zhì)的計算化學(xué)研究.pdf

1、金屬—有機(jī)骨架材料(Metal-Organic Frameworks，MOFs)是一類類似于沸石的新型多孔材料，具有多樣性的結(jié)構(gòu)組成、較大的比表面積和孔隙率、可裁剪性的孔、良好的熱穩(wěn)定性等特點，共價—有機(jī)骨架材料(Covalent-Organic Frameworks，COFs)也是一種類沸石的新型多孔材料，除了擁有MOFs的諸多優(yōu)點外，還具備有比MOFs密度輕等優(yōu)點，他們都被廣泛應(yīng)用于氣體儲存、分離及催化等領(lǐng)域。計算化學(xué)不僅可以突破傳

2、統(tǒng)方法的局限性，而且還可為最佳吸附材料的設(shè)計和最優(yōu)操作條件的確定提供理論依據(jù)，實現(xiàn)從以經(jīng)驗為主向定量、定向制備的轉(zhuǎn)變，從而節(jié)省大量繁雜的實驗研究。本文采用量子化學(xué)與分子模擬兩種方法，對COFs和MOFs中流體的吸附分離等性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)的理論研究。其主要研究內(nèi)容如下：
　　 ⑴采用分子模擬的方法，系統(tǒng)地評估了金屬—有機(jī)骨架材料(Metal-Organic Frameworks，MOFs)和共價—有機(jī)骨架材料(Covalent-Or

3、ganic Frameworks，COFs)在CH/4CO2/H2體系中的分離性能。結(jié)果表明，COFs和MOFs分離性能差不多，盡管COF材料骨架電荷靜電貢獻(xiàn)比MOFs小，但仍需要考慮。另外，理想吸附溶液理論—IAST理論也適合大多數(shù)COFs。
　　 ⑵用分子模擬的方法，系統(tǒng)的評價了CO2/N2體系中11種IRMOFs(IRMOF-1，-3，-6，-8，-10，-11，-12，-13，-14，-16，-18)，6種PCNs(PC

4、N-6'，PCN-6，PCN-9，PCN-10，PCN-11，PCN-14)，7種ZIFs(ZIF-1，ZIF-3，ZIF-10，ZIF-68，ZIF-69，ZIF-71，ZIF-78)和其他8種MOFs(Cu-BTC，mesoMOF-1，MOF-2，MOF-14，MOF-177，MOF-505，MOF-602，MOF-HTB’)的吸附選擇性。通過模擬298 K時的吸附選擇性得知，發(fā)現(xiàn)對于同—系列材料，IRMOF-18、ZIF-78、M