MOFS材料PPT課件

.,1,1、什么是MOFs材料？2、MOFs材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn);3、MOFs材料的制備方法;4、MOFs材料研究意義。,功能MOFs材料,.,2,1、什么是MOFs材料？,MOFs材料是金屬有機(jī)骨架化合物(Metal-OrganicFrameworks)的簡(jiǎn)稱(chēng)。,.,3,MOFs材料是由無(wú)機(jī)金屬中心(金屬離子或金屬簇)與橋連的有機(jī)配體通過(guò)自組裝相互連接，形成的一類(lèi)具有周期性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的晶態(tài)多孔材料。,.,4,MOFs是一種有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料，也稱(chēng)作配位聚合物（CoordinationPolymer），它既不同于傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)多孔材料，也不同于一般的有機(jī)配合物。,.,5,MOFs材料的主體結(jié)構(gòu)是由次級(jí)結(jié)構(gòu)單元(SecondaryBuildingUnit,SBU)與有機(jī)連接體(Linker)之間的相互連接來(lái)構(gòu)筑的，這類(lèi)材料的孔徑形狀以及大小都可以通過(guò)選擇不同的金屬中心和有機(jī)配體來(lái)實(shí)現(xiàn)。,.,6,MOFs，是指“由配體與金屬離子通過(guò)配位鍵連接形成的無(wú)限網(wǎng)絡(luò)狀聚合物材料”，屬于“無(wú)機(jī)-有機(jī)雜化材料”。MOFs材料兼具無(wú)機(jī)材料剛性和有機(jī)材料柔韌性的特征，使其在現(xiàn)代材料研究方面呈現(xiàn)巨大的發(fā)展?jié)摿罢T人的發(fā)展前景。,.,7,.,8,1D網(wǎng)絡(luò):,由金屬離子與橋連配體連接而成一維、二維或三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。,2、MOFs材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),.,9,2Ni(NO3)2.6H2O+bpe+N(CN)2-Ni(bpe)2(N(CN)2(N(CN)2)(5H2O)n,bpe,2D網(wǎng)絡(luò):,.,10,3D網(wǎng)絡(luò):,.,11,3、制備MOFs材料的方法,.,12,2.1自由金屬離子與橋連配體的自組裝,.,13,2Ni(NO3)2.6H2O+bpe+N(CN)2-Ni(bpe)2(N(CN)2N(CN)25H2On,bpe,.,14,Amajoradvantageofthisapproachisthatthemanipulationsareveryeasy.AmajordisadvantageofthisapproachisthattheoutcomesareoftendifficulttobepredictedsincenocontrolisappliedonthemanyfactorsaffectingthestructureofaMOF.Factorsaffectingthestructureotherthanthemetalandthelinker:(1)counterions,(2)templates(thepresenceofwhichwithinthestructureisnecessaryforitsformation),(3)solventsornonbondingguests,(4)Auxiliaryligands,(5)pHvalue,(6)hydrothermal/solvothermalconditions,.,15,2.2保護(hù)性配體法利用保護(hù)性配體預(yù)計(jì)金屬離子形成的配合物與橋連配體組裝成MOFs：保護(hù)性配體對(duì)所形成MOFs的結(jié)構(gòu)具有控制作用,.,16,2.3次級(jí)構(gòu)筑單元法次級(jí)構(gòu)筑單元(secondarybuildingunit=SBU)當(dāng)橋連配體與金屬離子共聚合時(shí),常能在所形成的結(jié)構(gòu)中識(shí)別出簇合體，這些簇合體被稱(chēng)為次級(jí)構(gòu)筑單元。,次級(jí)構(gòu)筑單元僅僅是概念上的單元，在原料中并不包含這樣的單元。,.,17,Zn4O(BDC)3n8n(DMF)(C6H5Cl)MOF:Zn4O單元(Zn:filledcircles)linkedtosixO2CunitsofBDCgroups(C:shadedcircles).(b)ThesamewithfourZnO4tetrahedrashaded.(c)ThesamewiththeC6octahedronshaded.(d)TheBDCanion(O:opencircles,C:shadedcircles).(e)Thelink(thephenyloftheBDCanion).,.,18,.,19,.,20,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被看作是由-C6H4-基團(tuán)連接八面體形(Zn4O)(O2C)6次級(jí)結(jié)構(gòu)單元而成的.,.,21,利用次級(jí)結(jié)構(gòu)單元概念可以：理解MOFs結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)MOFs結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與合成具有特定結(jié)構(gòu)的MOFs,.,22,次級(jí)結(jié)構(gòu)單元可以在MOFs中導(dǎo)致大的孔洞:因?yàn)樵赟BUs的中心之間有很長(zhǎng)的距離,.,23,2.4含金屬配體（MLs）法帶有兩個(gè)或更多能向金屬離子配位的配位位置的配合物，這樣的配合物能夠?qū)⑵渌慕饘匐x子連接起來(lái)。,.,24,MOFs材料的研究不僅在于其迷人的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),更在于它具有可剪裁性和結(jié)構(gòu)多樣性的特點(diǎn)，易于進(jìn)行設(shè)計(jì)組裝和結(jié)構(gòu)調(diào)控，為設(shè)計(jì)納米多孔材料提供了一種的可行方法。正是由于MOFs材料多方面的優(yōu)點(diǎn)和用途，其正受到越來(lái)越多的重視。新型結(jié)構(gòu)MOFs多孔材料的研究及其在應(yīng)用方面的開(kāi)發(fā)具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。,4、MOFs材料研究意義,.,25,目前，國(guó)際上許多化學(xué)家、物理學(xué)家和材料學(xué)家的研究結(jié)果表明，MOFs多孔材料在氣體的儲(chǔ)存、催化劑、分離及光電磁材料等方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。另外，金屬位在大量的分子識(shí)別過(guò)程中起關(guān)鍵性的作用，因?yàn)榻饘傥荒墚a(chǎn)生高度的選擇性和分子的儲(chǔ)存和傳送。MOFs材料經(jīng)常具有不飽和金屬位和大的比表面積，這在化學(xué)工業(yè)有著廣闊的應(yīng)用前景。,.,26,當(dāng)前,MOFs材料是化學(xué)、能源、環(huán)境和材料等多學(xué)科共同關(guān)注的研究熱點(diǎn)和前沿，有關(guān)研究的結(jié)果被大量發(fā)表在Science、Nature、NatureMater.、Angew.Chem.Int.Ed.、J.Am.Chem.Soc.等國(guó)際頂級(jí)期刊上。這類(lèi)材料在能源、環(huán)境污染治理、納米材料、光電功能材料、醫(yī)藥、化工等很多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，有望在解決人類(lèi)社會(huì)所面臨的許多重大問(wèn)題的過(guò)程中發(fā)揮重要作用。,.,27,將氫能用在汽車(chē)上是解決石油緊缺的重要途徑，設(shè)計(jì)燃料箱，即氫氣的存儲(chǔ)則是其關(guān)鍵問(wèn)題，目前解決這一問(wèn)題的方法效果都不理想。新近文獻(xiàn)報(bào)道了一種MOFs多孔材料，在77K時(shí)不加壓條件下，其部分區(qū)域可以比迄今為止任何材料吸附更多的氫，這為氫能的廣泛應(yīng)用展示了光明的前景。,.,28,MOF-74結(jié)構(gòu)中存儲(chǔ)著管狀的重氫分子?；疑硖荚?，藍(lán)色代表鋅離子，綠色代表重氫（氘）分子。,.,29,通過(guò)學(xué)校圖書(shū)館的ACS及RSC數(shù)據(jù)庫(kù)，任選一篇關(guān)于MOFs材料的光、電、磁、吸附、催化等性能方面的研究論文，仔細(xì)研讀后，寫(xiě)出一篇不少于200字的讀后感。,課后作業(yè),.,30,MOFs材料設(shè)計(jì)原理,.,31,MOFs包括兩個(gè)重要的組分：結(jié)點(diǎn)（connectors,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的節(jié)點(diǎn)）和聯(lián)接體（linkers,聯(lián)接網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)結(jié)點(diǎn)間的化學(xué)鍵或包含多個(gè)化學(xué)鍵的有機(jī)官能團(tuán)）。在多孔MOF中，人們通常把金屬離子看作為結(jié)點(diǎn)，配體作為聯(lián)接體。,.,32,由于MOFs的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)可以看作是各自具有不同連接數(shù)的配體（聯(lián)接體）和金屬離子結(jié)點(diǎn)間的組合，因此，金屬離子的配位構(gòu)型和配體的幾何構(gòu)型對(duì)于所形成的多孔MOFs的結(jié)構(gòu)和性能起決定性的作用，所以，構(gòu)筑MOFs時(shí)首先要考慮配體的幾何構(gòu)型和金屬離子的配位構(gòu)型的傾向性，因?yàn)樗a(chǎn)生的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的基本類(lèi)型主要依賴(lài)于它們的對(duì)稱(chēng)性和成鍵點(diǎn)的數(shù)量。,.,33,配體是骨架的重要組成部分，可以分為單齒配體和多齒配體，它是具有構(gòu)件作用的分子或離子，控制著金屬離子之間的距離和配合物的維數(shù)。由于配體本身具有特定的結(jié)構(gòu)和不同的配位方式，在不同的合成條件下，即使相同的配體與金屬離子的配位模式也是不一樣的。,1.有機(jī)配體的選擇,.,34,選擇合成MOFs的有機(jī)配體應(yīng)至少含有一個(gè)多齒基團(tuán)或含有多個(gè)單齒配位原子，如CO2H、PO3H、SO3H和吡啶基等。單齒配體合成的骨架結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但穩(wěn)定性較差。多齒配體的配位情況比較復(fù)雜，得到的配合物穩(wěn)定性較好。有機(jī)配體主要包括羧酸類(lèi)、氨類(lèi)、吡啶類(lèi)、醇類(lèi)和腈類(lèi)等。常見(jiàn)的中性配體為含氮雜環(huán)類(lèi)化合物。,.,35,構(gòu)筑MOFs的另一要素是金屬離子。金屬離子在構(gòu)筑配位聚合物中充當(dāng)連接配體的結(jié)點(diǎn)，不同金屬離子具有不同的配位數(shù)和配位構(gòu)型，因而在構(gòu)筑MOFs中起著不同的連接作用。近幾年，除過(guò)渡金屬離子外,稀土金屬離子尤其是鑭系金屬離子開(kāi)始被使用，它們的配位數(shù)較高,為7、8或9配位,可以形成具有豐富多彩結(jié)構(gòu)的MOFs。,2.金屬離子的選擇,.,36,盡管設(shè)計(jì)具有一定功能的多孔MOFs比較簡(jiǎn)單，但在實(shí)際的