《具有多相催化性能的金屬-有機框架的合成及反應研究》是依託華南師範大學，由林曉明擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：具有多相催化性能的金屬-有機框架的合成及反應研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：林曉明
- 依託單位：華南師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
相比傳統的多孔碳和無機沸石材料，金屬-有機骨架（MOFs）具有製備方便、易於修飾、高孔隙率、大比表面積、框架規模大小可調等優點。由於它們在氣體存儲、吸附分離、多相催化、磁性的潛在套用而受到廣泛關注。本項目以晶體工程的基本原理和方法為指導，以配體的設計和無機功能基元的合成為立足點，在分子水平上合成具有特定多孔結構的金屬-有機框架材料，通過調節孔道的大小、形狀、孔隙率以及活性位點的設計、選擇和修飾來開發其催化功能。利用單晶X-射線衍射、熱重分析、紅外、元素分析及粉末等手段對材料進行充分的表征和分析。通過對它們的穩定性和吸附能力的評價來發現具有套用前景的多孔晶態材料，通過催化反應類型以及催化劑的組成和結構的對比，詳細研究催化活性與結構的關係。我們的最終目標是以此規律反過來指導催化劑的進一步設計和修飾，以獲得高活性的催化劑，為定向合成此類材料在催化方面的套用提供有意義的實驗基礎和理論價值。
結題摘要
本項目以晶體工程的基本原理和方法為指導，控制金屬-有機框架材料的合成。通過調節反應體系的條件，合成具有新穎結構、特殊孔道和性質的金屬-有機框架材料。通過單晶結構解析、紅外、熱重分析、粉末等手段充分表征了它們的物理化學性質，全面分析了它們的結構特點和性質，並探討了它們的吸附和催化性質，研究了結構和功能之間的聯繫。一方面通過總結合成規律及其影響因素，掌握有機酸配體以及金屬離子對金屬-有機框架材料的空間結構和功能的調控作用，從而為定向合成這類材料積累一定的經驗。另一方面探索合成產物的結構和性能間的關係，為此類材料在吸附和催化等方面的套用提供有意義的實驗基礎和理論價值。1. 利用吡啶-2-二羧酸和CuI在溶劑熱下進行反應，成功構築一種三維（3-D）具有多功能性質的混合價態Cu(II)/Cu(I)-MOF多孔框架配合物。該結構是擁有一維通道的三維開放框架且具有良好的熱穩定性，對CO2/H2和CH4/N2具有良好的選擇性吸附，並且對苄基芳香炔烴類化合物的氧化反應以及對炔烴、甲苯磺醯疊氮和二異丙胺的三元耦合反起到良好的催化作用。2. 利用吡啶-3,5-二羧酸與硝酸銪反應，構建一種基於超分子構築基元且具有pcu拓撲結構的多功能金屬-有機框架。含有金屬銪的漿輪狀可作為次級結構單元，通過配體連線成納米尺寸的金屬-有機十四面體，從而進一步連線成三維簡單立方網路結構。該MOF對芳香醛的矽氰化反應顯示出優異的催化活性，並且可以重複利用而不喪失催化活性。3. 通過吡啶-3,5-二羧酸與相應的鑭系元素硝酸鹽在溶劑熱下自組裝成三個系列的稀土金屬有機框架材料。同時研究了這些化合物的催化性能，實驗表明化合物1-3顯示了氰基矽烷化反應的尺寸選擇性催化性能，多次催化而不失去其催化活性，其催化性能主要來自於孔道中，而沒有孔道的配合物4-7則基本沒有催化能力。
