2025年大學(xué)《應(yīng)用化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——金屬有機(jī)框架在氣體吸附中的應(yīng)用研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填入括號(hào)內(nèi)，每題2分，共20分）1.下列哪一項(xiàng)不是金屬有機(jī)框架（MOFs）的基本組成單元？（）A.金屬離子或團(tuán)簇B.有機(jī)配體C.離子液體D.小分子溶劑2.影響MOFs比表面積的主要因素是？（）A.金屬節(jié)點(diǎn)的種類B.有機(jī)配體的連接方式C.MOFs的孔徑大小和孔隙率D.MOFs的合成溫度3.在MOFs孔道內(nèi)，通過引入含氧官能團(tuán)（如—COOH,—OH）來增強(qiáng)對(duì)特定氣體（如CO?）吸附能力的方法屬于？（）A.策略B.后合成修飾C.原位合成D.稀土摻雜4.下列哪種氣體分子主要依靠London色散力與MOFs孔道相互作用？（）A.CO?B.N?C.H?D.CH?5.用于表征MOFs晶體結(jié)構(gòu)是否完整、晶粒大小的技術(shù)是？（）A.BETB.NMRC.X射線衍射（PXRD）D.掃描電子顯微鏡（SEM）6.在CO?捕獲應(yīng)用中，要求MOFs具有較高的選擇性，這意味著？（）A.MOFs能夠吸附盡可能多的CO?B.MOFs對(duì)CO?的吸附量遠(yuǎn)大于對(duì)N?或CH?的吸附量C.MOFs的熱穩(wěn)定性要高D.MOFs的合成成本要低7.描述吸附質(zhì)在固體表面達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，吸附量與壓力關(guān)系的模型是？（）A.Langmuir模型B.Freundlich模型C.Fick擴(kuò)散模型D.Maxwell-Boltzmann分布8.下列哪種方法不屬于MOFs后合成修飾的范疇？（）A.離子交換B.接枝反應(yīng)C.晶體限域生長(zhǎng)D.紫外光照射9.金屬有機(jī)框架（MOFs）材料的主要優(yōu)勢(shì)之一是？（）A.密度通常很高B.非常廉價(jià)易得C.具有極高的孔隙率和可調(diào)的孔道結(jié)構(gòu)D.熱穩(wěn)定性普遍較差10.已知某MOF在特定條件下對(duì)H?的吸附量遠(yuǎn)高于N?，這表明該MOF對(duì)這兩種氣體表現(xiàn)出？（）A.吸附飽和性不同B.吸附選擇性C.吸附動(dòng)力學(xué)差異D.吸附熱效應(yīng)不同二、簡(jiǎn)答題（請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問題，每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述金屬有機(jī)框架（MOFs）的定義及其基本結(jié)構(gòu)組成。2.簡(jiǎn)述影響金屬有機(jī)框架（MOFs）氣體吸附選擇性的主要因素。3.簡(jiǎn)述后合成修飾在調(diào)控金屬有機(jī)框架（MOFs）氣體吸附性能方面的作用。4.簡(jiǎn)述比表面積（BET）和孔體積是如何影響金屬有機(jī)框架（MOFs）氣體吸附容量的。三、論述題（請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，詳細(xì)闡述下列問題，每題10分，共30分）1.試述金屬有機(jī)框架（MOFs）在二氧化碳（CO?）捕獲與封存（CCS）應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)、面臨的挑戰(zhàn)以及可能的解決方案。2.比較并論述金屬有機(jī)框架（MOFs）在氫氣（H?）存儲(chǔ)和甲烷（CH?）存儲(chǔ)應(yīng)用中的異同點(diǎn)，包括對(duì)材料性能的要求差異。3.設(shè)計(jì)一種具有高CO?吸附選擇性的金屬有機(jī)框架（MOFs）材料，并闡述其設(shè)計(jì)思路和理由，說明應(yīng)如何選擇金屬節(jié)點(diǎn)和有機(jī)配體。試卷答案一、選擇題（請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填入括號(hào)內(nèi)，每題2分，共20分）1.C2.C3.B4.B5.C6.B7.A8.C9.C10.B二、簡(jiǎn)答題（請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問題，每題5分，共20分）1.金屬有機(jī)框架（MOFs）是由金屬離子或團(tuán)簇作為節(jié)點(diǎn)，通過有機(jī)配體連接形成的具有周期性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的晶態(tài)多孔材料。其基本結(jié)構(gòu)組成包括金屬節(jié)點(diǎn)和有機(jī)配體。2.影響MOFs氣體吸附選擇性的主要因素包括：氣體分子本身的性質(zhì)（如大小、極性、化學(xué)性質(zhì)）；MOFs孔道結(jié)構(gòu)（如孔徑大小、形狀、對(duì)稱性）；MOFs孔道內(nèi)表面的化學(xué)性質(zhì)（如存在路易斯酸位點(diǎn)、堿位點(diǎn)、氫鍵等）。3.后合成修飾是指在MOFs合成完成后，通過額外的化學(xué)步驟來改變其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的方法。在調(diào)控氣體吸附性能方面，可以通過引入新的官能團(tuán)、摻雜、交聯(lián)等方式，以增強(qiáng)或改變化學(xué)相互作用，從而提高吸附容量、選擇性或穩(wěn)定性。4.比表面積越大，MOFs提供的吸附位點(diǎn)就越多，理論上吸附容量越高?？左w積越大，意味著MOFs能夠容納更多的吸附質(zhì)分子，同樣有利于提高吸附容量。合適的孔徑分布可以確保吸附質(zhì)分子能夠有效進(jìn)入孔道內(nèi)部，從而影響實(shí)際的吸附量。三、論述題（請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，詳細(xì)闡述下列問題，每題10分，共30分）1.優(yōu)勢(shì)：高比表面積和可調(diào)孔道結(jié)構(gòu)，有利于大量捕獲CO?；表面可設(shè)計(jì)性，可通過引入路易斯酸位點(diǎn)等增強(qiáng)對(duì)CO?的化學(xué)吸附；輕質(zhì)、多孔，單位質(zhì)量材料可捕獲CO?量高。挑戰(zhàn)：穩(wěn)定性（水熱、熱、化學(xué)穩(wěn)定性）不足，限制了實(shí)際應(yīng)用；吸附動(dòng)力學(xué)可能較慢，需要優(yōu)化孔道結(jié)構(gòu)和尺寸以提高傳質(zhì)速率；材料合成成本和可規(guī)?；a(chǎn)問題；CO?與N?等惰性氣體的選擇性吸附仍需提高。解決方案：開發(fā)高穩(wěn)定性MOFs；通過后合成修飾引入功能位點(diǎn)；設(shè)計(jì)快速擴(kuò)散通道；降低合成成本，開發(fā)綠色合成方法；利用混合MOFs或MOFs/多孔材料復(fù)合體系提高選擇性。2.相同點(diǎn)：都需要MOFs具備高比表面積和合適的孔徑以容納存儲(chǔ)氣體分子；都需要良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性以保證長(zhǎng)期儲(chǔ)存安全性；都需要考慮材料的循環(huán)穩(wěn)定性。不同點(diǎn)：H?分子體積小、極性弱，主要依靠物理吸附（范德華力），要求MOFs具有極高比表面積和低壓下高吸附量，對(duì)孔道選擇性要求相對(duì)較低。CH?分子比H?稍大，極性更弱，同樣主要靠物理吸附，但要求的比表面積可能略低，且對(duì)孔徑匹配度有一定要求。CO?分子具有極性，除了物理吸附外，還能與MOFs表面的酸性位點(diǎn)發(fā)生化學(xué)吸附，因此對(duì)MOFs的表面化學(xué)性質(zhì)要求更高，選擇性吸附能力更強(qiáng)。H?存儲(chǔ)更側(cè)重于高容量和低壓下的快速吸附/解吸，CH?存儲(chǔ)更側(cè)重于合適的孔徑匹配和一定的化學(xué)吸附增強(qiáng)。3.設(shè)計(jì)一種高CO?選擇性的MOFs材料，應(yīng)考慮以下思路：選擇較大的金屬節(jié)點(diǎn)（如Cu2?,Zn2?,Mg2?等）以形成較大的孔道，有利于CO?分子進(jìn)入。選擇具有路易斯酸性位點(diǎn)的有機(jī)配體（如含氮雜環(huán)、羧酸根等），這些位點(diǎn)可以有效捕獲CO