2025年大學(xué)《資源化學(xué)》專業(yè)題庫——金屬有機骨架材料在氣體吸附中的應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內(nèi)。）1.下列哪一項不屬于金屬有機骨架材料（MOFs）的基本組成要素？A.金屬離子或團簇B.有機配體C.晶體缺陷D.多孔結(jié)構(gòu)2.MOFs材料通常具有極高的比表面積，這主要歸功于其結(jié)構(gòu)中的？A.金屬節(jié)點間的緊密堆積B.有機配體的高柔性C.連通性良好的孔道或籠狀結(jié)構(gòu)D.含有大量的化學(xué)官能團3.在評價MOFs材料用于氫氣（H?）儲存時，通常更關(guān)注其在較低溫度（如77K）下的吸附性能，這是因為？A.H?分子在低溫下更易液化B.低溫有利于克服吸附熱壘，實現(xiàn)可逆吸附C.低溫條件下MOFs的孔道收縮更顯著D.低溫環(huán)境更安全穩(wěn)定4.與氮氣（N?）相比，二氧化碳（CO?）分子與含氮配體（如吡啶）的相互作用通常更強，這主要是因為？A.CO?分子比N?分子更大B.CO?分子具有更高的極性C.CO?分子可以與金屬節(jié)點形成配位鍵D.CO?分子在氣相中更易凝聚5.下列哪種合成方法通常需要在高溫高壓條件下進行？A.溶劑揮發(fā)誘導(dǎo)結(jié)晶法（SVC）B.浸漬法C.溶劑熱法D.沉淀法6.若要制備對CO?具有高選擇性的MOFs材料，設(shè)計時通常需要考慮？A.增大孔道直徑以利于氣體擴散B.提高材料的比表面積以增加吸附位點C.在有機配體上引入含氧、含氮等極性官能團以增強對CO?的化學(xué)吸附D.降低材料的穩(wěn)定性以提高吸附量7.MOF-5材料最初是由誰通過將鋅源和有機配體在甲苯中混合而合成的？A.羅杰·科恩伯格B.馬丁·卡普拉斯C.斯科特·迪爾D.錢永健8.影響MOFs材料氣體吸附動力學(xué)的主要因素不包括？A.MOFs材料的孔道尺寸與形狀B.MOFs材料的比表面積C.氣體分子的擴散系數(shù)D.MOFs材料的化學(xué)穩(wěn)定性9.UiO-66系列MOFs材料中的金屬節(jié)點通常是？A.鋅離子（Zn2?）B.銅離子（Cu2?）C.鈷離子（Co2?）D.鈦離子（Ti??）10.對于MOFs材料用于實際氣體分離應(yīng)用，以下哪個挑戰(zhàn)最難解決？A.提高吸附容量B.增強材料的熱穩(wěn)定性C.提高材料的機械強度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性D.降低材料的合成成本二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上。）1.金屬有機骨架材料（MOFs）是由______和______通過配位鍵或氫鍵自組裝形成的具有周期性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的晶態(tài)多孔材料。2.影響MOFs氣體吸附選擇性的關(guān)鍵因素包括孔道尺寸效應(yīng)、______以及客體氣體與MOFs孔道內(nèi)壁的______。3.常用的衡量MOFs比表面積的指標是______，它反映材料單位質(zhì)量所具有的表面積大小。4.氫氣（H?）分子主要與MOFs材料通過______力發(fā)生相互作用。5.二氧化碳（CO?）分子與含氮配體之間的相互作用主要包括______和配位作用。6.提高MOFs材料對CO?吸附性能的一個有效策略是在有機配體上引入______官能團。7.影響MOFs材料穩(wěn)定性的因素包括其孔道內(nèi)的化學(xué)環(huán)境、______以及與客體氣體的相互作用。8.溶劑熱法是合成MOFs的常用方法，其英文全稱是______。9.MOFs材料在氣體分離領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊，例如可用于______和______等。10.為了便于MOFs材料在實際應(yīng)用中的回收和重復(fù)使用，通常需要對其進行______處理。三、簡答題（每小題5分，共15分。）1.簡述影響MOFs材料對二氧化碳（CO?）吸附容量的主要因素。2.簡述金屬有機骨架材料（MOFs）在氫氣（H?）儲存應(yīng)用中面臨的主要挑戰(zhàn)。3.簡述MOFs材料具有高氣體吸附性能（高容量、高選擇性）的主要原因。四、論述題（10分。）論述如何通過調(diào)控金屬節(jié)點或有機配體來設(shè)計具有優(yōu)異CO?/H?選擇性吸附性能的金屬有機骨架材料（MOFs）。試卷答案一、選擇題1.C解析：MOFs的基本組成是金屬節(jié)點和有機配體，通過相互作用形成多孔結(jié)構(gòu)。晶體缺陷不是其基本組成要素，而是可能存在的結(jié)構(gòu)特征。2.C解析：MOFs之所以具有高比表面積，核心在于其獨特的、高度連通的三維孔道或籠狀結(jié)構(gòu)，這提供了巨大的內(nèi)部表面area。3.B解析：在低溫下，氣體的動能降低，吸附熱壘相對更容易被克服，有利于氣體分子進入MOFs的孔道并被捕獲，同時有利于實現(xiàn)吸附和解吸的可逆性，這對儲運至關(guān)重要。4.B解析：CO?分子是線性的極性分子，而N?分子是非極性的。極性分子更容易與MOFs孔道內(nèi)壁的極性基團（如含氧、含氮官能團）發(fā)生偶極-偶極相互作用和氫鍵等，導(dǎo)致選擇性吸附。5.C解析：溶劑熱法是指在高溫（通常高于100°C）和高壓（自生蒸汽壓）的密閉反應(yīng)釜中進行合成，以克服某些反應(yīng)物在常溫常壓下的不溶性或反應(yīng)活性不足。6.C解析：為了增強對CO?的選擇性吸附，需要在MOFs的孔道內(nèi)壁創(chuàng)造對CO?有強化學(xué)吸引力的位點，即在有機配體上引入含氧（如羧基）、含氮（如吡啶環(huán)）等極性或能夠與CO?形成配位鍵的官能團。7.B解析：MOF-5是由美國普林斯頓大學(xué)的馬丁·卡普拉斯（MartynE.Civils）及其同事在2002年報道的一種開創(chuàng)性的MOFs材料。8.D解析：吸附動力學(xué)涉及氣體分子擴散進入孔道、在表面吸附以及可能的表面擴散等過程，受孔道尺寸、形狀、比表面積以及氣體自身擴散系數(shù)等因素影響。化學(xué)穩(wěn)定性主要影響吸附容量和材料壽命，與動態(tài)過程關(guān)系不大。9.D解析：UiO-66系列是著名的鈦基MOFs材料，其通用式為[Ti(O?C-R)]·xH?O，其中R代表有機配體。10.C解析：實際應(yīng)用中，要求MOFs材料不僅性能優(yōu)異，還要具有足夠的機械強度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，以承受反復(fù)的吸附/解吸循環(huán)和實際操作環(huán)境（如壓力、溫度變化），這是目前面臨的最大挑戰(zhàn)之一。二、填空題1.金屬離子或團簇，有機配體解析：這是MOFs材料的基本構(gòu)成單元。2.孔道化學(xué)，化學(xué)相互作用解析：孔道尺寸影響小分子擴散和填充程度；孔道內(nèi)壁的化學(xué)性質(zhì)（如極性、官能團）決定了與氣體分子發(fā)生何種類型的相互作用，從而影響選擇性。3.比表面積（BET比表面積）解析：這是衡量多孔材料內(nèi)部表面積的標準指標，單位通常為m2/g。4.范德華解析：對于H?這樣的小分子惰性氣體，主要的相互作用力是范德華力。5.氫鍵解析：CO?分子中的氧原子與含氮或含氧配體上的氫原子之間可以形成氫鍵。6.極性解析：引入極性官能團（如羧基、醚鍵）可以增強對極性CO?分子的偶極相互作用和氫鍵作用。7.溫度解析：溫度是影響材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和化學(xué)鍵強度的重要因