超疏水MOF及其复合材料的设计制备及其性能研究

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金属有机框架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)是由金属离子或金属簇与有机桥联配体通过自组装桥联而成的晶态多孔材料。然而,在将MOFs转化为适合商业化材料的过程中,最重要的挑战之一是其受水影响从而导致其降解,这种现象的根本原因归结于其本身对水的不稳定性以及水的普遍存在性。因此,制备疏水性MOFs是最有前途的解决方案之一。基于当前社会发展下能源及环境问题的研究背景,本论文设计制备几种具有超疏水性能的MOF复合材料并对其性能及作用机制进行了研究,具体研究内容如下:1.我们利用十八烷胺(octadecylamine,OA)与具有不饱和金属位点的MOFs之间的反应开发了一种通用的策略来构建基于MOF的超疏水/超亲油材料(S-MOF复合材料)。通过这种策略,所制备的S-MOF复合材料孔隙率和结晶度几乎保持不变,同时具有超疏水特性。该系列复合材料对有机溶剂表现出高的吸附能力,并且在无外部压力情况下具有出色的油水分离性能,且循环十轮后分离性能基本保持不变。2.MOFs极差的湿度或水稳定性已成为其在工业领域和实际应用中的艰巨挑战。在这项研究中,利用超疏水多孔聚合物限域策略制备一种超疏水MOF复合材料(称为PDVB-vim/ZIF-8复合材料)。所制备的PDVB-vim/ZIF-8复合材料具有独特的超疏水性能,该复合材料将MOFs限制在多孔聚合物孔道中,并且可以作为吲哚与反式-?-硝基苯乙烯间Friedel-Crafts烷基化反应的高效多相催化剂。其增强的催化性能可归因于多孔PDVB-vim/ZIF-8对反应底物协同的催化机理。与其他MOFs催化剂相比,利用该复合材料作为催化剂展现出优异的催化活性。3.CO2是一种储量丰富的C1资源,将CO2转化为具有附加值的精细化工产品具有环境和实际意义。在本工作中,利用后合成修饰策略(PSM),制备了一系列具有超疏水性三氟甲基功能化MOFs材料,记为MOF-CF3。在相对温和的条件下,MIL-101(Cr)-CF3具有良好的催化活性,进行疏水功能化后,MOF-CF3的催化活性要好于初始MOF的催化活性,这归因于MOF疏水功能化可改善对底物具有富集能力,同时增强金属节点的Lewis酸活性,这可能是由于三氟甲基具有强的拉电子特性,使得MOF中金属位点发生电荷离域,增强其催化活性。
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