穿插網格吸附CO2的性能研究.pdf

1、隨著全球氣候變暖而引起的溫室效應、冰川融化、海平面上升等一系列嚴重問題已經越來越受到了人們的普遍重視。捕集 CO2并對其進行資源化利用是控制 CO2排放量的重要手段之一。隨著社會和經濟的發(fā)展，節(jié)能和環(huán)保成為材料發(fā)展的前提，因此，開發(fā)一系列高選擇性吸附、可循環(huán)使用、環(huán)保節(jié)能的 CO2吸附材料迫在眉睫。本文研究根據MOFs材料的最新研究進展，選用酰胺和光敏配體與不同的羧酸和鋅鹽構筑了六個具有不同穿插結構的金屬-有機配位聚合物。并對它們的結構

2、、熱穩(wěn)定性、氣體吸附性能以及部分配合物的光敏性能進行了研究。具體內容如下：
　　通過溶劑熱法，選擇含氧的偶氮苯-4,4'-二羧酸（H2AzDC）配體，含氮的酰胺配體L1和L2。選擇末端吡啶環(huán)上氮原子位置不同的酰胺配體L1和L2（L1為間位，L2為對位），通過調控酰胺配體的配位點設計出具有不同穿插次數的配合物1和2。其中配合物1結晶在P2/c空間群，具有二重穿插的三維α-Po拓撲網格結構，溶劑占有率高達66.6%，展現出良好的 CO

3、2選擇性吸附，但是 CO2吸附量卻很小(3.9cm3/g，293K，100kPa)。配合物2是結晶在C2/c空間群，溶劑占有率為47.4%，具有四重穿插的三維α-Po拓撲網格結構。研究表明配合物2表現出優(yōu)良的CO2選擇性吸附，在293K，100kPa時CO2吸附量達到35.3cm3/g。此結果表明配合物穿插次數越高，溶劑占有率相對較低，但形成的配合物相對較穩(wěn)定，表現出了較高的 CO2吸附量。(L1=N1,N4-雙(3-吡啶基)對苯二甲酰

4、胺；L2=N1,N4-雙(4-吡啶基)對苯二甲酰胺;H2AzDC=偶氮苯-4,4'-二羧酸)
　　通過溶劑調控，設計一種酰胺配體L3以及偶氮苯-4,4'-二羧酸配體（H2AzDC）合成了兩種不同穿插結構的配合物3和4。配合物3的獨立單元為雙核結構，形成四重穿插的三維α-Po拓撲網格，溶劑占有率為49.1%。配合物4的獨立單元為單核結構，具有二重穿插的三維結構，形成一個未經文獻報道的拓撲結構，溶劑占有率為57.2%。配合物3和4的氣

5、體吸附研究表明它們對CO2都具有良好的選擇性吸附，在293K，100kPa時，配合物3和4的CO2吸附量分別為25.6cm3/g，43.2cm3/g，這與它們的溶劑占有率的大小是一致的。(L3=N4, N4'-雙(吡啶基)-4,4'-聯苯二甲酰胺)
　?。?）通過混合溶劑法（溶劑/水），選擇含氮的光敏配體二芳烯類配體L4和含氧的4,4'-聯苯二甲酸（H2bpdc）配體，合成了首例二芳烯類多孔金屬-有機框架材料(DMOF)。配合物5

6、中的二芳烯類配體(L4)在光照下發(fā)生了開環(huán)-閉環(huán)的反應，為此我們對配合物5進行了光控CO2的吸附/釋放研究，結果表明，298K時，配合物5的吸附量為20.1cm3/g，是無紫外燈下照射的4倍(5.0cm3/g)，且在可見光觸發(fā)下表現出了75%的靜態(tài)CO2釋放效率，遠遠大于文獻中所報道的(多孔材料在靜態(tài)時釋放率為42%)[12]，這是前所未有的，表明這一材料在低能耗CO2吸附/釋放領域中有重要應用價值。
　　(L4=4,4'-(4,

7、4'-(全氟環(huán)戊-1-烯-1,2-二基)雙(5-甲基噻吩-4,2-二基))聯吡啶)
　?。?）在配合物5的研究基礎上，我們設想再引入一個光敏型配體，偶氮苯-4,4'-二羧酸與二芳烯類配體L4結合，期望能夠合成出更出色的低能耗CO2吸附/釋放MOF材料。根據這種設想合成了配合物6，它具有四重穿插的α-Po拓撲網格結構。通過研究發(fā)現配合物6不具有光敏性，這一現象表明二芳烯類配體的開環(huán)-閉環(huán)反應是需要一定空間的，并不是在任何情況下都可以