通用策略可控制备多级孔金属有机框架及其催化性能研究

来源 :湖南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:charles_y_tang
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金属有机框架因其高度可调的孔道结构、超高比表面积以及高度分散性的金属中心位点而著名。这类材料已经被广泛应用各种类型的催化反应,如多相催化、电催化和光催化等。然而金属有机框架自身所存在的一些问题,如微孔结构导致扩散阻力大、配位作用形成的框架结构在水中稳定性较差等使得金属有机框架的广泛应用受到很大程度的限制。本论文通过使用两种不同的组装多级孔金属有机框架的方法,由“自上而下”以及“自下而上”的思路对金属有机框架进行改性,使得其在催化反应中有着不俗的表现,并且在一些苛刻条件下,如水、酸、碱能得以稳定存在。主要内容如下:(1)基于等离子体的作用发展了一种“自上而下”的方法制备多级孔金属有机框架。该策略简单易行,通过氩等离子体刻蚀金属有机框架微米颗粒,就可以得到核壳结构的多级孔金属有机框架(大孔MOF为壳,小孔MOF为核)。大孔和微孔的相对比例可以通过等离子体辐射时间和强度高度可控。该方法具有很好的普适性,能够应用不同类型的金属有机框架,如ZIF-67,ZIF-8,HKUST-1等。该方法为可控形成多级孔MOF提供了一种新的思路。(2)基于非水界面自组装/聚合发展一种“自下而上”的方法制备多级孔金属有机框架。该方法实行起来相对容易,通过先将MOF纳米颗粒分散至甲酰胺溶液中形成“亲水相”,再经过高速剪与油相混合形成纳米颗粒稳定的乳液,在65℃下聚合即可形成坚固的多级孔结构。通过该方法形成的多级孔材料中金属有机框架外层包覆有疏水性聚二乙烯基苯,因而可以避免MOF纳米颗粒直接接触水、酸和碱等,从而稳定金属有机框架。这种方法具有很好的加工性和通用性,可以适用于HKUST-1,UIO-67(N),Al-MIL-53-NH2等对水不稳定的MOF,以及对酸不稳定的ZIF-8和对碱不稳定的NH2-MIL-125(Ti)等。催化性能研究表明在含水的溶剂中,HKUST-1复合材料经过5次循环使用,仍然保持着较高的催化活性;而纯HKUST-1的结构早已破坏并发生浸出现象,使得催化性能大大降低。该工作为同时实现多级孔、可加工性以及稳定MOF提供了一种通用的策略。
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