MOF基催化剂的设计合成开题报告

1. 研究目的与意义

1.1 研究背景

随着工业产业的迅速发展，使用催化剂的领域越来越多，对催化剂的要求也随之越来越高，虽然传统的催化剂依然占据了大量的市场份额，但在某些新兴领域中，传统催化剂存在着高耗能，高消耗，回收难等一系列问题已经不被市场看好。寻找新的催化剂成为了必然的探索方向。有机金属框架(metal-organicframeworks以下简称mofs)正是在这种情况下应运而生的一种新型催化剂。金属有机框架(mofs)，也被称为多孔配位聚合物(pcps)或多孔配位网状化合物(pcns)，是由金属离子或离子簇与多齿有机配体通过配位键桥连自组装配位而成的具有周期性网络结构的新型有机—无机杂化多孔固体材料。mofs与传统的多孔材料沸石分子筛一样，具有规整的孔道及相似的拓扑结构，但mofs材料在性能上表现出明显优势，例如，超高比表面积、可调控的孔径尺寸及可修饰的孔道表面等，在气体储存、分离、催化、化学传感器及药物输送等领域具有广泛的应用前景。mofs在催化反应作用主要体现在三方面，一是骨架材料中配位不饱和金属作为催化活性点。在合成过程中，参与配位的溶剂分子经脱去排除后形成的金属配位空位具有催化活性。二是有机配体中引入活性基团，使mofs具催化活性。三是mofs作为催化剂载体，孔隙中负载具有催化活性的贵金属纳米粒子。在最近20年里，mofs由于其自身特殊的性质，如具有的高孔结构使其不仅具有超高比表面积同时也保证了每个催化活性中心的可接触性、多相催化的性质使其方便回收分离并能多次循环使用^[2]。cavka等^[3]报道了一种以zr⁴ 为金属中心，对苯二甲酸为有机配体的mofs，命名为uio-66。与其他mofs相比，uio-66具有良好的水热稳定性和化学稳定性，耐酸碱，骨架不易坍塌等性质，广泛应用于气体吸附和非均相催化领域。uio-66的多孔结构有利于纳米粒子均匀分散在其表面和内部,既减少使用量、提高金属粒子的利用率,又能有效减缓金属粒子在催化过程中因团聚而引起的活性下降情况.此外,还可为催化反应提供反应空穴从而加快反应进行.拥有极高的研究价值。

2. 研究内容和预期目标

2.1 主要研究内容

1、制备实验所需的以zr为中心体所需的mof材料。

2、负载具有催化活性的金属离子以获得具有催化性能的有机金属框架基异相催化剂。

3. 研究的方法与步骤

1、拟采用溶剂热法以对苯二甲酸和2，5-二羟基对苯二甲酸为有机配体分别制备有机金属骨架。

2、对制备成功的有机金属骨架用分别用扫描电子显微镜(sem),x射线衍射(xrd),红外光谱(ftir)等进行结构和组成的表征。

3、取适量制得的mof加入pdcl₂/ch₃cn溶液中磁力搅拌加热至70℃搭载金属离子形成不同的异相催化剂。

4. 参考文献

[1] 谷兴业，崔瑞琪，佘世雄.基于稀土金属构筑的半导体mof材料的光催化性能研究[j].广东化工，2018，20(45)：1-2.

[2] 黄刚，陈玉贞，江海龙.金属有机骨架材料在催化中的应用[j]. 化学学报，2016，74(2)：113-129.

[3] cavka j h，jakobsen s，olsbye u，etal. anew zirconium inorganic building brick forming metal organic frameworks withexceptional stability［j］.j am.chem soc，2008，130(42)：13850-13851.

5. 计划与进度安排

1、2022年2月25日-2022年3月1日

查阅课题相关文献、学习软件、仪器操作。

2、2022年3月1日-2022年3月15日