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1、功能金屬有機(jī)骨架材料2021/9/72/15概述改性研究目錄展望3/15無機(jī)孔材料MFI、FAU、LTA、AFI全硅、硅鋁、類分子篩無機(jī)有機(jī)雜化材料金屬有機(jī)骨架化合物(MOFs)ZIFs,MILs,JUCs…有機(jī)孔材料COFs,PIPs,PAFs…規(guī)則孔材料概述在20世紀(jì)末之前,多孔材料一般分為兩種類型:無機(jī)材料和碳質(zhì)材料,無機(jī)材料中以沸石分子篩為代表,全球經(jīng)濟(jì)很大程度上依賴于該材料在諸多工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用,而活性炭作為碳質(zhì)人造材料,是在1900年和1901年后才發(fā)現(xiàn)的,因其優(yōu)良的吸附除臭功能使得在20世紀(jì)的后半葉,環(huán)保產(chǎn)業(yè)成為活性炭應(yīng)用的大戶。4/
2、155/15現(xiàn)代工業(yè)中常見的無機(jī)多空材料:多空泡沫(泡沫鎳,泡沫鋁等)、多空玻璃、泡沫陶瓷等。6/15無機(jī)孔材料MFI、FAU、LTA、AFI全硅、硅鋁、類分子篩無機(jī)有機(jī)雜化材料金屬有機(jī)骨架化合物(MOFs)ZIFs,MILs,JUCs…有機(jī)孔材料COFs,PIPs,PAFs…規(guī)則孔材料7/151995年,第一個(gè)被命名為金屬有機(jī)骨架(Metal–OrganicFrameworks,MOFs)的材料由YaghiOM研發(fā)出來的,具有二維結(jié)構(gòu)的配位化合物,由剛性的有機(jī)配體均苯三甲酸與過渡金屬Co合成。1999年,YaghiOM在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn),以剛性有
3、機(jī)配體對苯二甲酸和過渡金屬Zn合成的具有簡單立方結(jié)構(gòu)的三維MOF材料——MOF-5。2002年,Yaghi又以MOF-5為原型,改變MOF-5的有機(jī)聯(lián)結(jié)體得到一系列具有與MOF-5類似結(jié)構(gòu)的微孔金屬有機(jī)配合物IRMOF材料,如:IRMOF-8、IRMOF-11和IRMOF-18,實(shí)現(xiàn)了從晶態(tài)微孔材料到晶體介孔材料的跨越。2004年,Yaghi研究小組又選擇了均苯三甲酸進(jìn)行拓展,以4,4',4'-均苯三苯甲酸和過渡金屬Zn成功地構(gòu)筑了具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的MOF材料——MOF-117。2004年和2005年,法國Férey研究小組在《德國應(yīng)用化學(xué)》和Scie
4、nce雜志上相繼報(bào)道了兩個(gè)具有超大孔特征的類分子篩型MOFs材料——MIL-100和MIL-101。8/152006年,Yaghi研究小組利用咪唑類配位聚合物的M–IM–M角度與分子篩材料中Si–O–Si鍵角相似(145度左右),并以過渡金屬Zn或Co取代硅鋁分子篩中四面體的Si或Al,合成出了十二種類分子篩咪唑骨架(ZeoliticImidazolateFrameworks,ZIFs)材料。2010年,又在Science雜志上提出了一個(gè)新的概念——多變功能化金屬有機(jī)骨架(MVT-MOFs)材料,即在同一個(gè)晶體結(jié)構(gòu)的孔道表面同時(shí)修飾上不同種類功能團(tuán)的M
5、OFs材料,并報(bào)道了十八種MVT-MOF-5材料。9/15應(yīng)用10/15在石油化工、精細(xì)化工、日用化工等領(lǐng)域發(fā)揮著極其重要的作用多孔材料的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域分子分離催化氣體吸附能源領(lǐng)域面臨的問題石油價(jià)格的上升以及化石能源的幾近枯竭;CO2排放的增加導(dǎo)致全球氣候劇烈變化。USPrimaryEnergyConsumptionbySource,2008EnergyInformationAdministration,AnnualEnergyReview,200811/15低能耗分離:氣體,有機(jī)小分子等儲(chǔ)能:氫氣,天然氣,二氧化碳等12/15氣體分離現(xiàn)實(shí):大型設(shè)備:耗
6、能空分,氫氣提純分離13/1514/15MOFs材料發(fā)展了20余年,從無到有,已經(jīng)在能源氣體的分離、純化、捕集、貯存,選擇性催化,藥物輸送,光電磁材料以及主–客體化學(xué)等領(lǐng)域上嶄露頭角,但是畢竟發(fā)展的時(shí)間過短,相對于傳統(tǒng)的多孔材料的工業(yè)應(yīng)用還差得遠(yuǎn),許多問題亟需解決,如:如何根據(jù)需要定向設(shè)計(jì)合成功能性MOFs材料,如何合成穩(wěn)定的金屬有機(jī)骨架材料,如何產(chǎn)生更多具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的功能材料,且至今仍沒有一種MOF材料能完全滿足工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用的要求,不是因?yàn)槿狈λ疅岱€(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性,就是因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用環(huán)境中的性能不夠完美。因此在工業(yè)應(yīng)用中的性能及其發(fā)展的工業(yè)合成
7、方法的研究,將為科學(xué)家的另一個(gè)挑戰(zhàn)。任何一個(gè)新興的材料在發(fā)展過程中都會(huì)遇到阻力,而突破一個(gè)又一個(gè)的難點(diǎn)、解決一個(gè)又一個(gè)的問題才是其發(fā)展的不竭動(dòng)力。隨著越來越多具有優(yōu)越性能的MOFs材料被設(shè)計(jì)和開發(fā)出來,我們完全有理由可以展望MOFs材料真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的大好前景。展望ThankYou!15