功能化MOF-5材料的制备开题报告

1. 研究目的与意义

人类社会的进步取决于科技的进步。随着时代的发展，生命科学、材料科学以及信息科学已经成为现代科学的三个重要领域，影响到人类社会生活的方方面面。人们对于新材料的需求不断增加，材料科学也随之迅猛发展，在各种材料中，金属有机材料则不可知否的占据着极为重要地位。

金属有机框架材料(mofs)是近十年来发展迅速的一种配位聚合物，具有三维的孔结构，一般以金属离子为连接点，有机配位体支撑构成空间3d延伸，是沸石和碳纳米管之外的又一类重要的新型多孔材料，在催化、储能和分离中都有广泛应用。更由于其高比表面积、可调孔结构以及多样的组成等优秀特性在电化学储能领域取得了较大的研究进展。

金属有机骨架（metal-organic frameworks, mofs）是由金属离子（或金属簇）和有机连接体组成的结晶材料。mofs 中的金属中心和有机连接体通过化学键连接而成，有机连接体是二价或多价有机羧酸盐，其在与金属中心（如zn² 、co² 、cu² 、mg² 、ni² 、al³ ）连接时可以产生具有特定孔分布的三维结构。mofs的表面积通常在1000～10000m2/g 之间，且通过改变有机单元和含金属单元可以调节其孔径大小。mofs 按组分单元和合成方法的不同分为以下几大类：网状金属有机骨架材料(isoreticular metalorganicframeworks，irmofs)，类沸石咪唑骨架材料(zeoliticimidazolate frameworks，zifs)，莱瓦希尔骨架材料(metarials of istitute lavoisier frameworks，mils)，孔、通道式骨架材料(porouscoordinationframeworks，pcns)。由于mofs 具有结构多样、孔隙率高、比表面积大、孔径可调控、孔表面易功能化的优点，mofs 在气体吸附、分离、催化、药物传递等诸多方面显示出其独特的物理及化学性能和潜在的应用价值。

目前，mof已成为无机化学、有机化学等多个化学分支的重要研究方向。金属有机骨架化合物(metal-organicframeworks, mofs)以其良好的结构可裁剪和易功能化的特性成为材料化学领域新的研究热点.很多三维结构的金属有机骨架化合物在结构和性质上都类似于传统的分子筛无机多孔材料, 对气体和液体有机物有良好的吸附性质。金属-有机框架材料(metal organicframeworks，mofs) 由于具有可调的孔径和可变的功能基团，其在气体分离与储存，催化和传感器等方面具有潜在的应用前景，已经成为材料领域研究的热点。

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容：以六水合硝酸锌(zn(no₃)₂·6h₂o)，对苯二甲酸(h₂bdc)，n，n－二甲基甲酰胺(dmf, 无水)，乙醇，三氯甲烷为主要实验试剂准备mof-5材料。制备成功后，尝试将配体更换为1,4－二氧甲基对苯二甲酸和1,4－二硫甲基对苯二甲酸，以此来探究其功能性。

粗略实验步骤：，将9.68 g六水硝酸锌和2.72 g对苯二甲酸溶于320 ml n，n-二甲基甲酰胺(dmf)中室温下搅拌至完全溶解，逐滴加入12.86 g 三乙胺，继续搅拌反应2 h，用dmf洗涤5次后过滤，于200 ℃真空干燥8 h 得到mof-5。

预期目标：制备出功能化mof-5材料，并对样品的性能进行检测及表征，并用类似的方法制备功能化的mof-5材料。

3. 研究的方法与步骤

1、将两种单体通过水热反应，搅拌并加入无水dmf合成产物。并尝试更改反应条件寻找更合适的反应契机。争取提高产率。

2、实验过程中考察了水热温度和活化处理方法对mof-5结构的影响。

3、讨论实验条件对mof-5性能的影响，同样可通过改变实验条件得到高产率的最佳反应条件，并通过红外光谱，bet等对其进行初步表征。

4. 参考文献

[1]furukawah, kim j, ockwig n w, et al. control of vertex geometry, structuredimensionality, functionality, and pore metrics in the reticular synthesis ofcrystalline metalorganic frameworks and polyhedra[j]. journal of the americanchemical society, 2008, 130(35):11650-61.

[2] zheng c, greer h f,chiang c y, et al. microstructural study of the formation mechanism ofmetal–organic framework mof-5[j]. crystengcomm, 2014, 16(6):1064-1070.

[3] ren j, langmi h w,north b c, et al. modulated synthesis of zirconium-metal organic framework(zr-mof) for hydrogen storage applications[j]. international journal ofhydrogen energy, 2014, 39(2):890-895.

5. 计划与进度安排

(1) 2022-01-15～2022-01-20: 提前了解实验背景，学习仪器、软件基本操作。

(2) 2022-01-22～2022-02-28: 查阅文献资料，了解课题背景。

(3) 2022-03-1～2022-03-8: 制定实验方案，完成开题报告。