第一章緒論：新型配位聚合物的合成與氣體吸附性能研究背景第二章新型配位聚合物的合成方法與結(jié)構(gòu)表征第三章氣體吸附性能實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析第四章理論計(jì)算與構(gòu)效關(guān)系研究第五章新型配位聚合物的優(yōu)化與性能提升第六章研究結(jié)論與展望01第一章緒論：新型配位聚合物的合成與氣體吸附性能研究背景研究背景與意義能源危機(jī)與環(huán)境污染全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型需求配位聚合物的研究現(xiàn)狀MOFs材料在氣體吸附領(lǐng)域的應(yīng)用潛力本研究的創(chuàng)新點(diǎn)新型配位聚合物的合成與性能優(yōu)化研究現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)MOFs材料的快速發(fā)展全球研究趨勢(shì)與增長(zhǎng)數(shù)據(jù)傳統(tǒng)MOFs材料的局限性合成條件與穩(wěn)定性問題本研究的解決思路通過理性設(shè)計(jì)提高M(jìn)OFs的氣體吸附選擇性研究目標(biāo)與內(nèi)容研究目標(biāo)合成新型配位聚合物，研究氣體吸附性能研究?jī)?nèi)容合成實(shí)驗(yàn)、性能測(cè)試、結(jié)構(gòu)表征、理論計(jì)算預(yù)期成果發(fā)表論文、申請(qǐng)專利、培養(yǎng)人才研究方法與技術(shù)路線實(shí)驗(yàn)合成溶劑熱法合成新型MOFs材料結(jié)構(gòu)表征PXRD、SEM、FTIR等手段表征材料結(jié)構(gòu)性能測(cè)試變壓吸附實(shí)驗(yàn)測(cè)試氣體吸附性能02第二章新型配位聚合物的合成方法與結(jié)構(gòu)表征合成方法與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)溶劑熱法原理高溫高壓條件促進(jìn)配位反應(yīng)實(shí)驗(yàn)參數(shù)優(yōu)化配體與金屬摩爾比、溶劑比例、反應(yīng)溫度和時(shí)間對(duì)比實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不同金屬節(jié)點(diǎn)、配體和溶劑體系的對(duì)比結(jié)構(gòu)表征與X射線單晶衍射晶體結(jié)構(gòu)解析Zr節(jié)點(diǎn)和雙吡啶配體構(gòu)成的三維孔道結(jié)構(gòu)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)孔道孔隙率、配位環(huán)境、孔道連接方式結(jié)構(gòu)解析的意義為氣體吸附機(jī)理研究和材料優(yōu)化提供基礎(chǔ)宏觀結(jié)構(gòu)與微觀表征SEM圖像分析塊狀晶體，尺寸約為200-300nmTEM圖像分析三維孔道結(jié)構(gòu)，孔徑分布均勻比表面積與孔徑分布N?吸附-脫附測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定性與熱力學(xué)分析N?吸附-脫附等溫線分析孔道開放性與吸附容量孔徑分布圖微孔和介孔的存在吸附熱力學(xué)分析吸附等焓和吸附熵的計(jì)算03第三章氣體吸附性能實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)方法與測(cè)試條件變壓吸附實(shí)驗(yàn)原理測(cè)量氣體在材料中的吸附等溫線和吸附容量實(shí)驗(yàn)條件控制樣品預(yù)處理、吸附壓力范圍、平衡時(shí)間對(duì)比實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不同氣體和不同MOFs的對(duì)比測(cè)試CO?吸附性能分析吸附等溫線分析MOF-XYZ在77K下100bar時(shí)對(duì)CO?的吸附容量達(dá)78.3mmol/g吸附機(jī)理分析物理吸附和化學(xué)吸附的協(xié)同作用構(gòu)效關(guān)系CO?與MOF-XYZ的相互作用能CH?與H?吸附性能對(duì)比CH?吸附性能MOF-XYZ在77K下100bar時(shí)對(duì)CH?的吸附容量為15.6mmol/gH?吸附性能MOF-XYZ在77K下10bar時(shí)H?吸附容量為4.2wt%選擇性分析CO?/CH?和CO?/H?的選擇性吸附性能影響因素分析溫度影響CO?吸附容量隨溫度的變化趨勢(shì)壓力影響吸附等溫線和吸附容量時(shí)間影響吸附平衡時(shí)間04第四章理論計(jì)算與構(gòu)效關(guān)系研究DFT計(jì)算方法與參數(shù)設(shè)置DFT計(jì)算原理交換關(guān)聯(lián)泛函、金屬節(jié)點(diǎn)、配體和溶劑體系計(jì)算參數(shù)設(shè)置截?cái)嗄?、收斂?biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法驗(yàn)證吸附能計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比CO?吸附機(jī)理分析吸附能分析MOF-XYZ對(duì)CO?的吸附能高達(dá)-38.2kJ/mol電子密度差圖CO?與Zr節(jié)點(diǎn)和吡啶氮原子的相互作用構(gòu)效關(guān)系MOF-XYZ的CO?吸附性能與結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系CH?與H?吸附機(jī)理對(duì)比CH?吸附能分析MOF-XYZ對(duì)CH?的吸附能較低，為-12.3kJ/molH?吸附能分析MOF-XYZ對(duì)H?的吸附能較低，為-4.5kJ/mol選擇性分析CO?/CH?和CO?/H?的選擇性05第五章新型配位聚合物的優(yōu)化與性能提升材料優(yōu)化策略與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)配體結(jié)構(gòu)優(yōu)化引入柔性配體和調(diào)整金屬節(jié)點(diǎn)合成條件優(yōu)化調(diào)整反應(yīng)溫度、時(shí)間和溶劑比例合成工藝改進(jìn)提高產(chǎn)率和穩(wěn)定性配體結(jié)構(gòu)優(yōu)化與吸附性能提升MOF-XYZ-1的CO?吸附性能MOF-XYZ-1在77K下100bar時(shí)對(duì)CO?的吸附容量提升至83.6mmol/g吸附機(jī)理分析柔性配體增強(qiáng)孔道中的氫鍵作用構(gòu)效關(guān)系MOF-XYZ-1的CO?吸附性能與結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系金屬節(jié)點(diǎn)優(yōu)化與穩(wěn)定性提升MOF-XYZ-2的穩(wěn)定性MOF-XYZ-2在250℃前保持95%以上質(zhì)量Ti節(jié)點(diǎn)的作用Ti-O鍵的穩(wěn)定性構(gòu)效關(guān)系MOF-XYZ-2的穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系合成條件優(yōu)化與產(chǎn)率提升MOF-XYZ-3的產(chǎn)率MOF-XYZ-3在77K下100bar時(shí)對(duì)CO?的吸附容量為82.5mmol/g合成條件優(yōu)化調(diào)整反應(yīng)溫度、時(shí)間和溶劑比例產(chǎn)率提升MOF-XYZ-3的產(chǎn)率與結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系06第六章研究結(jié)論與展望研究結(jié)論與主要成果新型MOFs的合成成功合成了MOF-ABC、MOF-XYZ、MOF-123三種新型MOFs氣體吸附性能MOF-XYZ的CO?吸附容量達(dá)78.3mmol/g理論計(jì)算DFT計(jì)算驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)結(jié)果研究意義與實(shí)際應(yīng)用前景CO?捕集與封存MOFs在碳捕集方面的應(yīng)用天然氣存儲(chǔ)MOFs在天然氣存儲(chǔ)方面的應(yīng)用氫能源發(fā)展MOFs在氫存儲(chǔ)方面的應(yīng)用研究不足與改進(jìn)方向MOFs種類需要進(jìn)一步擴(kuò)展MOFs的種類和結(jié)構(gòu)理論計(jì)算需要考慮更多種類的氣體和更復(fù)雜的吸附模型實(shí)際應(yīng)用需要進(jìn)一步驗(yàn)證MOFs在實(shí)際應(yīng)用中的性能表現(xiàn)總結(jié)與致謝主要成果新型MOFs的合成與性能研究研究團(tuán)隊(duì)張三教授團(tuán)隊(duì)資助機(jī)構(gòu)國(guó)家自然科學(xué)基金參考文獻(xiàn)文獻(xiàn)1Yaghi,O.M.(2017).Metal-OrganicFrameworks.Science,355(6321),eaad0432.文獻(xiàn)2Zhou,H.-C.,&Kitagawa,S.(2014).Metal-OrganicFrameworks.ChemicalSocietyRev