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金属有机骨架(MOFs)材料是指金属离子与有机配体通过配位作用自组装形成的一类具有周期性结构的有机-无机杂化多孔材料。这种MOFs多孔材料具有规则、均匀的孔径及结构可调性等优势,使其在气体储存、吸附分离及催化领域等方面具有潜在的研究价值。本文致力于设计合成新型高效多孔MOFs催化材料:一方面通过对MOFs材料进行合成后修饰负载金属盐配位化合物,制备负载型非均相催化材料;另一方面通过在磁性纳米粒子表面包覆金属有机骨架材料MOFs,并引入催化活性组分形成具有独特MOFs核壳结构的非均相催化材料,实现了多级结构磁性纳米催化材料的可控设计及功能化组装;其次,我们在传统的高分子聚合物材料中加入多孔MOFs,制备形成MOFs/聚合物混合基质膜催化材料,并探索了其苯甲醛缩醛化反应的催化效果。本论文的研究包括三种不同类型和结构的铜系金属有机骨架催化材料,研究了此类催化材料的构筑及其在催化领域的应用,主要研究内容和结果如下:(1)以UiO-66-NH2(Zr-MOF)为主体,采用氨基合成后修饰的方法制备出UiO-66-Sal载体材料,再负载三种二价铜盐作为主要的催化活性组分,制备得到UiO-66-Sal-CuX2(X=Cl-,NO3-,CH3COO-)负载型非均相催化材料。在以该种催化材料为催化剂,分子氧为绿色氧源条件下,实现了高效催化氧化苯甲醇及其衍生物。(2)以聚丙烯酸功能化的磁性Fe3O4微球为核,通过溶剂热法在Fe3O4(PAA)的表面包覆一层聚4-乙烯基吡啶(P4VP),接着通过层层自组装的方法在最外层包覆一定厚度的多孔ZIF-8金属有机骨架,为了得到所需的高效率铜催化活性位点,我们采用不同类型的二价铜盐置换壳层ZIF-8骨架中的锌离子节点,从而得到 Copper-doped Fe3O4@P4VP@ZIF-8(Cu-FPZ)催化材料。该非均相催化材料在催化苯甲醇及其衍生物和烯烃环氧化反应中均表现出优异的催化活性和循环稳定性。其中,Fe3O4(PAA)磁核可以实现催化材料的快速分离回收;铜离子作为催化活性位点,一方面通过化学键与有机配体络合,有效防止了铜活性组分的流失;另一方面,铜离了分散在Copper-doped Fe3O4@P4VP@ZIF-8磁性核壳催化材料表面,使得催化底物分子可以自由进入MOF骨架中,显著提高了苯甲醇催化氧化反应的turnover number(TON)和 turnover frequency(TOF)。(3)由于MOFs材料的晶体特性,使其不像有机聚合物材料一样,具有可塑性,因此限制了其可操作性及可加工型,而MOFs膜的研究极大的拓展了 MOF材料的应用范围,在气体吸附与分离、液体分离、有机催化等领域显示出诱人的应用前景。本章以经典Cu3(BTC)2金属有机骨架结合聚合物醋酸纤维素制备了一种Cu3(BTC)2/CA混合基质膜并将其用于苯甲醛的缩醛化反应。结果显示,多孔(Cu3(BTC)2晶体均匀分布于混合基质膜中。制备出的Cu3(BTC)2-0.6MMM具有较大的比表面积,为459 m2/g。同时,制备出的Cu3(BTC)2-0.6混合基质膜具有良好的催化性能,其中Cu3(BTC)2起到催化组分的作用。在此流体催化反应中,缩醛反应在常温常压下进行,其中,苯甲醛的转化率可以达到94%,苯甲醛二乙缩醛的选择性可以达到99%。在自组装的流体催化装置中,苯甲醛可以实现连续24小时不间断转化。