论文总字数：11340字

摘 要

类沸石咪唑酯骨架材料（ZIFs）是金属离子和咪唑基配体经过自组装络合生成的多孔聚合物材料，即具有无机沸石的高稳定性，又具有MOFs材料的孔结构可调特性，这种奇特的构造特点使其在催化方面极具应用潜力。相比传统的微孔ZIFs，多级ZIFs可以有效降低客体大分子在ZIFs孔道内的扩散及传质阻力，促使多级ZIFs在催化反应中表现出高活性、高选择性。本研究探讨了晶化时间、晶化温度、介孔模板剂含量等参数对最终制备的多级ZIF-67热稳定性的影响，发现介孔模板剂含量对晶体的热稳定性最大，其次是晶化温度，最后是晶化时间。随后将最优的多级ZIF-67进行XRD、BET、SEM等物化性质的表征，并将表征结果与微孔ZIF-67作对比，发现多级ZIF-67有着微介孔复合的多级孔道结构，这有助于反应物分子的扩散及其与催化活性中心的相互作用，促进催化反应的进行。

关键词：类沸石咪唑酯骨架材料，多级孔，热稳定性

Abstract：Zeolitic imidazolate framework material (ZIFs) is a porous polymer material composed of metal ions, imidazole and its derivatives. ZIFs material has great development potential in the catalysis application due to its high stability and adjustable structure. Compared with the traditional microporous ZIFs, hierarchical ZIFs can effectively reduce the diffusion and mass transfer resistance in the micropores due to the incorporated intramesopores. As a result, hierarchical ZIFs would exhibit higher stability and activity when used as a catalyst. This study is to discuss the effect of crystallization time, crystallization temperature and content of mesoporous template agent on the thermostability of prepared hierarchical ZIF-67. The results indicated that the content of mesoporous template agent was what affected the thermal stability of hierarchical ZIF-67 the most, the crystallization temperature the second, the crystallization time the last. Then the hierarchical ZIF-67 with highest thermostability was further characterized by XRD, BET and SEM. And the characterization result was compared with that of microporous ZIF-67. The results showed that the prepared ZIF-67 was a micro-mesoporous complex material, which was helpful for not only the diffusion of the reactants, but also the interaction between the reactants and the catalytic active centers.

Keyword:Zeolitic imidazolate framework，Hierarchical pore，Thermostability

目录

1 前言 3

1.2 MOFs材料 3

1.3 ZIFs材料 4

1.3.1 ZIFs研究背景 4

1.3.2 多级ZIFs研究 5

1.3.3 ZIFs合成方法 5

1.4 正交试验设计 6

1.4.1 正交试验设计原理 6

1.4.2 正交试验分析方法 6

2 实验部分 6

2.1 实验药品及仪器 6

2.1.1 实验药品 6

2.1.2 实验仪器 7

2.2 实验步骤 8

2.3 表征 8

2.3.1 热重表征 8

2.3.2 SEM表征 8

2.3.3 TEM表征 8

2.3.4 BET表征 8

3 结果与分析 9

3.1 热重分析 9

3.1 X-射线粉末衍射仪分析(XRD) 10

3.2 比表面积分析（BET） 10

3.3 形貌分析 11

结论 13

参考文献 14

致 谢 16

1 前言

分子筛是一类具有晶体结构的硅铝酸盐或磷铝酸盐，是以TO₄四面体为基本结构单元通过氧桥键连接形成一定拓扑网络结构的有序多孔材料^[1]。无机沸石等传统的分子筛应用广泛，尤其是在气体吸附分离、离子交换以及化工催化过程等领域，但它也有着明确的的缺点：吸附量小，消耗大，再生难、费用高和使用年限短。时代的不断进步，使得传统分子筛的越来越不能满足现今时代的前景和其产生的利润变小，这也使得研究者们不得不研究新的分子筛。鉴于这样的情况，研究者们研发了具有类似沸石结构的金属有机框架材料。金属有机框架（Metal-Organic Frameworks,MOFs）是一种由金属离子与有机配体通过自组装相互连接，形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料^[2]。相比传统的无机沸石，它具有优异的物理性能，如大面积的表面积、高孔隙体积极高、密度低和孔隙可调^[3]。

1.2 MOFs材料

MOFs是一种新型的纳米多孔材料，在过去的研究中，因为MOFs材料所表现出可调节的结构和孔隙大小的独特的特性，使其对不同的化学领域具有很大的影响，所以研究者们对金属有机框架的兴趣在过去的几年里经历了一段非常引人入胜的增长。且与传统的多孔材料相比，MOFs 材料具有密度小、比表面积大、孔径均一和表面性质可调等优点，因此在气体吸附分离领域得到普遍关注，是近年来发展较快的新型多孔吸附剂^[4]。如图1-1，MOFs材料通常由作为节点的金属离子或者离子簇的配位数不同，可分为零维、一维或多维的结构，可以根据实际情况来选择适宜维度结构的MOFs材料来吸附分离不同的组分。此外MOFs材料具有高表面积和孔隙体积，低密度，丰富的吸附位点等特殊性质^[5]。因而MOFs材料近年来引起了各国研究者的浓厚兴趣但需要注意的是尽管MOFs相比传统的无机沸石具有表面积大、孔结构可调等优异特性，但它的稳定性较差，极大地限制了他们在化工生产中的应用。

图1-1MOFs的一维、二维和三维结构图

1.3 ZIFs材料

1.3.1 ZIFs研究背景

近几十年研究表明，ZIFs兼具MOFs材料和无机沸石的优点。ZIFs是 MOFs材料中以有机咪唑酯为配体形成的一种类沸石骨架结构材料，所以按MOFs材料分类可归为含氮杂环有机配体MOFs^[6]。ZIFs是基于金属咪唑酸盐，它们的结构类似于硅酸盐沸石的SiO₂框架^[7]。如图 1-2所示^[8]，ZIFs的金属节点与有机配体（Im-M-Im）之间形成的角度与沸石结构（Si-O-Si）的角度（145°）相似。ZIFs材料相比较MOFs材料的优点在于其具有较高的稳定性。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：11340字