MOFs衍生碳材料在催化氧化中研究进展

论文总字数：26547字

摘 要

金属有机骨架(MOFs)是一种半导体或晶体多孔材料，由无机金属中心和桥连有机配体自由组合而成，具有循环波动网络结构。正因为MOFs材料的化学组成、结构和孔径的灵巧可控等独特优势给它们带来了自身的形貌和设计上的多元化，以及可操作性强的特点，因此MOFs材料在生产出各种形状的纳米多孔材料时对于它们的理想前体设计方面都具有十分重要的吸引力。良好的导电性能以及结构多样化使得MOF衍生碳材料在很多领域都得到了广泛应用。碳材料的合成方法有硬、软模板法、活化法和氮掺杂等。直接得到金属、氮共掺杂的多孔碳材料的方法是热解碳化，金属-氮-碳(M-N-C)活性位点在其框架中均匀分布，在催化方面能表现出卓越的性能。

因此，本课题将针对MOFs衍生的碳催化材料进行综述，归纳其在催化氧化中近来的研究进展，分析这些催化材料的结构、性能特点，为下一步的研究工作提供支撑。

关键词：金属有机框架，衍生碳材料，催化，合成，应用

Research progress of MOFs-derived carbon materials in catalytic oxidation

Abstract

Metal organic frameworks (MOFs) are a kind of semiconductor or crystalline porous materials, which are freely combined by inorganic metal centers and bridging organic ligands, and have a cyclic fluctuation network structure.It is precisely because of the composition, structure and pore size of MOFs materials. The unique feature of dexterity and controllability brings the diversification and maneuverability of its morphology design, so MOFs materials are very attractive in preparing ideal precursors for various styles of nanoporous materials. Good conductivity and structural diversity make MOF-derived carbon materials widely used in many fields. The reported synthesis methods of carbon materials mainly include hard and soft template methods, activation methods and nitrogen doping.The method to directly obtain the metal and nitrogen co-doped porous carbon material is pyrolytic carbonization, and the metal-nitrogen-carbon (M-N-C) active sites are evenly distributed in the framework, which can show excellent performance in catalysis.

Therefore, this project will review the carbon catalytic materials derived from MOFs, summarize their recent research progress in catalytic oxidation, analyze the structure and performance characteristics of these catalytic materials, and provide support for the next research work.

Key words：Metal organic frameworks，Derived carbon materials, catalysis, Synthesis,application

目录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章引言 1

1.1概述 1

1.2研究内容 1

第二章金属有机框架 2

2.1金属有机框架材料简介 2

2.2金属有机框架材料特点 3

2.3小结 5

第三章金属有机框架衍生碳材料 6

3.1金属有机框架衍生碳材料的概述 6

3.2金属有机框架衍生碳材料的制备方法 6

3.2.1硬模板法 6

3.2.2软模板法 7

3.2.3活化法 7

3.2.4氮掺杂 7

3.3金属有机框架衍生碳材料在催化氧化中的应用 7

3.4 金属有机框架衍生碳材料的其他应用 9

3.4.1锂硫电池 9

3.4.2电化学催化 10

3.4.3电磁防护 10

3.4.4药物缓释 10

3.4.5光催化 11

3.5小结 11

第四章总结与展望 12

4.1总结 12

4.2展望 12

致谢 13

参考文献 14

第一章引言

1.1 概述

金属-有机框架（Metal-Organic Frameworks），简称MOFs，是由有机配体和金属离子或团簇通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙的有机-无机杂化材料^[1]。 

衍生碳材料是金属有机骨架材料的一个重要组成部分。MOF是新无机有机材料中研究最热门的一个领域，因为他们将两门经常被分开的化学学科无机化学和有机化学结合了起来^[2]。可用于气体吸附、气体储存、气体分离、催化剂等领域，在当代材料学方面显示出巨大的发展潜力和广阔的发展前景。

1.2研究内容

本课题针对MOFs和MOFs衍生的碳材料进行了综合叙述，归纳整理了其在催化氧化中近来的研究进展，分析了这些催化材料的结构、性能特点，为下一步的研究工作提供支撑。

第二章金属有机框架

2.1金属有机框架材料简介

有机骨架化合物(MOFs)是在配位化学基础上开发出来的一种功能材料。它是由含氧、氮等多齿有机配体与金属离子或金属簇通过配位键自组装形成的具有周期性网络结构的晶体材料（图2.1）^[3-8]。这类材料与传统的无机多孔材料如沸石、多孔碳等相比,具有更大的比表面积、更低的材料密度、更高的孔隙度、更强的化学稳定性和热稳定性，使其在传感、催化、生物医学、气体存储和吸附分离等领域都显示出了非常诱人的应用前景^[9]。

图2.1MOFs的成分和构造

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