功能化锆金属有机框架材料的设计合成及其性能探索开题报告

1. 研究目的与意义

1.1 研究背景

在人类科学技术发展进程中，会产生各类废弃污染物，其中重金属污染物对生态环境以及人体健康都有极大的危害。一般的传统的重金属污染物处理方法都会因处理成本高、效果差、二次污染等实际问题难以实现绿色化学。金属有机框架材料mofs（metal-organicframeworks）具有多孔结构和大比表面积的特点，可通过对有机配体进行设计实现准确快速吸附处理重金属污染物。

金属有机框架材料是一种新型功能材料，以金属离子为中心，与有机配体通过配位键配位形成的多孔三维网状材料，具有比表面积大、性质稳定、结构可调控等多种优点，有着广阔的应用前景^[1] 。金属有机框架材料的稳定性一直是研究者们关注的焦点问题，部分mofs材料自身的不稳定性限制了其应用范围及实用性。cavka研究组^[2]在2008年首次报道了一种以zr⁴ 为中心，对苯二甲酸（h₂bdc）为有机配体的刚性金属有机框架材料，命名为uio-66(uio：universityof oslo)。由于锆金属的zr-o键极其稳定，使得uio-66此类结构有非常好的稳定性，耐热温度可以达到813 k，能够在丙酮、二甲基甲酰胺(dmf)、水及强酸等环境下保持其原有结构。uio-66在各类特殊环境下的出色稳定性和可重复利用性^[3]可使其用于重金属污染物去除方面研究。

2. 研究内容和预期目标

2.1 主要研究内容

1、在前人研究基础上以功能为导向设计新的有机配体。

2、探索所设计的功能化有机配体与锆离子金属自组装形成zr-mofs的方法。

3. 研究的方法与步骤

1、以对苯二甲酸为原料，在侧链上通过有机合成的方法引入oallyl配体或occsc配体。

2、通过溶剂热法合成功能化锆基金属有机框架材料zr-mofs。同时进行对比实验，改变有机配体与金属离子中心的配比、溶剂种类、溶剂用量来寻找较优合成方法。

3、利用x射线衍射法、n₂吸附-脱附等温法、核磁共振波谱和傅里叶变换红外光谱等方法对所合成材料及有机配体的结构和组成进行表征。

4. 参考文献

[1] h. furukawa, k. e. cordova, m. o’keeffe, et al. thechemistry and applications of metal-organic frameworks[j]. science, 2013,341(6149): 1230444-1-1230444-12.

[2] j. h. cavka, s. jakobsen, u. olsbye, et a1. a new zirconium inorganic buildingbrick forming metal organic frameworks with exceplionalstability[j]. j. am.chem. soc., 2008, 130(42):13850-13851.

[3] l. valenzano, b. civalleri,s.chavan, et al. disclosing the complex structure of uio-66 metal organicframework: a synergic combination of experiment and theory[j]. chem. mater.,2011, 23(7):1700-1718.

5. 计划与进度安排

1、2022年1月6日-2022年1月10日

查阅课题相关文献、学习软件、仪器操作。

2、2022年2月1日-20120年2月28日