金属有机骨架材料原理与应用 PPT

2. 金属有机骨架材料的研究概况
❖知名的研究小组
美国：Yaghi、Long、Hupp、Hong-cai Zhou(周宏才) Wenbin Lin(林文斌)、Jing Li、Xianhui Bu Banglin Chen、Shengqian Ma
法国：Gérard Férey 日本：Kitagawa、 Qiang Xu 英国：Martin Schröder 德国：Stefan Kaskel 加拿大：George K. H. Shimizu 韩国：Kimoon Kim、Myunghyun Paik Suh 印度：Rahul Banerjee 中国：陈小明、洪茂椿、裘式纶、高松、左景林等
贯穿（interpenetration）：在网络结构中，两种或 两种以上网络通过物理作用而不是化学键的方式 相互交织在一起形成一个分子整体的现象。
次级结构单元（SBU, secondary building units):在 用一组节点（簇）来代替一个节点的装饰过程中， 这组节点被认为是一个次级结构单元。
物理吸附与化学吸附的比较
三类吸附曲线
1. 吸附等温线：当温度一定时，压力（平衡浓度） 和吸附量的关系曲线。
2. 吸附等压线：在等压情况下，表示吸附量和温 度的关系曲线。
3. 吸附等容线：在等吸附容量情况下，表示温度 和压力的关系曲线。
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问
六类吸附等温线
金属有机骨架材料原理与应用
主要内容
➢简介 ➢研究概状 ➢制备方法 ➢表征手段 ➢设计策略 ➢发展历程 ➢应用 ➢展望
传统的多孔材料
分 子 筛
碳 基 材 料
多孔材料分类
1.微孔：孔径小于 2 nm 超微孔：孔径小于0.7 nm 亚微孔：孔径介于0.7～2.0 nm
2.介孔(中孔）：孔径在2～50 nm
拓展（expansion）：在构筑网络结构时，用长的链 接代替单个化学键，以增加网络结构中节点的距离的 过程。
装饰（decoration）：在构筑网络结构时，用一组节 点（簇）代替网络中的一个节点（原子）的过程。
增长（augmentation）：是装饰过程的一种特例， 是以N个节点为一组节点代替网络中的一个N连接 节点的过程。
材料的成分 MOF-n: Metal-Organic Framework; RPF-n: Rare-Earth Polymeric Framework; MPF-n: Metal Peptide Framework;
结构 ZMOF-n: Zeolite-like Metal-Organic Framework; ZIF-n: Zeolitic Imidazolate Framework; PCN-n: Porous Coordination Network;
金属有机骨架材料的特点
➢ 从金属中心的角度 从过渡金属、碱金属、碱土金属到稀土金属等 从低价到高价
➢ 从有机配体的角度 可借助强大的有机合成手段对有机配体进行设计
➢ 从合成的角度： 合成条件更加温和
➢ 从结构的角度 孔径大小可调，孔道表面可修饰等
金属有机骨架材料的命名
一些研究人员尝试把他们实验室制备的材料 使用一个描述性的名字，大部分情况是一个 取首字母的简称加上一个数字,数字代表制备 的序号。
Ⅰ型吸附等温线：也称Langmuir吸附等温线。限于 单层或准单层，大多数化学吸附等温线和完全的微 孔物质（如活性碳）和分子筛的吸附等温线属于此 类。
Ⅱ型吸附等温线：常称S型等温线。在无孔固体或 在大孔材料中的吸附常常是这类等温线。吸附等温 线的拐点通常发生在单层附近。
Ⅲ型吸附等温线：其特征是吸附热小于吸附质液化 热。因此随着吸附的进行，吸附反而得以促进。
金属-有机骨架化合物通常是指有机配体与金属离 子通过自组装过程形成的具有周期性网络结构的 金属有机骨架晶体材料，它结合了高分子和配位 化合物两者的特点，既不同于一般的有机聚合物， 也不同于Si-O类的无机聚合物。
常用术语
节点（node）： 网络结构中的交点。
链接（linker）：链接网络结构中节点间的化学键或 包括多个化学键的有机官能团。
四类迟滞环
迟滞现象：吸附-脱附不完全 可逆，吸附-脱附等温线不重 合的现象。
✓H1: 圆 筒 形 细 长 孔 道 且孔径大小均一分布较 窄，大小均一的球形粒 子堆积而成的孔穴。
✓H2：口小腔大的“墨 水瓶形”孔道。
✓H3 和 H4 ： 狭 缝 状 孔 道，形状和尺寸均匀的 孔呈现H4迟滞ห้องสมุดไป่ตู้，非均 匀的孔呈现H3迟滞环。
实验室的名字 MIL-n: Materials of Institut Lavoisier; CPO-n: Coordination Polymer of Oslo; ITQMOF-n: Instituto de Technología Química MOF; NU-n; NOTT-n; HKUST-n; ZJU-n; FJI-n; etc.
传统三大应用领域
➢ 吸附材料：用于工业与环 境上的分离与净化、干燥 等领域。
➢ 催化材料：用于石油加工、 石油化工、煤化工与精细 化工等领域中大量的工业 催化过程的需要。
➢ 离子交换材料：大量用于 洗涤剂工业，矿厂与放射 性废料及废液的处理。
1. 金属-有机骨架化合物的简介
自A.Werner在1893年创立配位化学以来，对配合物 的研究成了无机化学中最为活跃的领域之一。1951 年Wilkinsen和Fisher合成了二茂铁以及夹心型化合 物而获得了1973年的诺贝尔化学奖。到目前为止， 已经有20多位科学家从事与配位化学有关的科学研 究而获得诺贝尔奖。可以说，配位化合物已经深入 到了各个研究领域。
• 大孔：孔径大于50 nm
基本概念 吸附：当气体或液体与某些固体接触时，气体或液 体分子会积聚在固体表面上，这种现象称为吸附。
吸附剂：实施吸附的物质。
吸附质：被吸附的物质。
物理吸附：被吸附分子与固体表面分子间的作用力 为分子间吸引力，即范德华力。
化学吸附：基于固体吸附剂表面发生化学反应，使 吸附质和吸附剂之间以化学键结合的吸附过程。