《高穩定MOFs的設計合成及其在甲烷儲存中的套用》是依託北京工業大學，由李建榮擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高穩定MOFs的設計合成及其在甲烷儲存中的套用
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李建榮
- 依託單位：北京工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
“吸附儲存天然氣”技術套用的關鍵在於吸附劑選擇。MOFs作為一類新型吸附劑，在天然氣儲存中有極大套用前景。其穩定性和甲烷儲存能力是有用與否的關鍵，但製備高穩定且高甲烷儲存能力的MOFs極具挑戰。本項目擬在申請人原有工作的基礎上，研究幾類高穩定性MOFs的設計合成及其在甲烷儲存中的套用，開發新吸附劑。研究中以穩定性和甲烷吸附功效為導向，從化學鍵本質和分子層次設計入手，著手於三個高穩定MOFs體系，並通過三種策略提高其甲烷儲存能力。研究其合成條件、結構特徵、框架與水熱穩定性、孔性質、甲烷吸附能力；成鍵及結構與材料的穩定性、結構與甲烷吸附能力間的關係；特殊功能團對甲烷吸附的影響；及材料的循環使用等。探索合成高穩定MOFs及調節其甲烷儲存能力的一般規律，理解甲烷吸附機理及各因素的平衡關係。研究成果將對甲烷儲存材料開發和MOFs的套用探索具有推動作用，也對探索其他孔材料的定向設計與合成具有指導意義。
結題摘要
金屬有機框架（Metal-Organic Frameworks, 簡稱MOFs）作為一類新型多孔功能材料，在氣體儲存、分離、催化、感測等眾多方面表現出極大的套用潛力。但由於配位鍵的本質特徵，大部分MOFs的化學穩定性，尤其是水及酸鹼穩定性較差，嚴重製約了這類新材料的實際套用。本項目在前期工作的基礎上，研究了幾類高穩定MOFs的設計合成方法，提出了這類材料穩定性調控策略，成功製備了20多種結構穩定孔結構各異的新型MOF材料，並探索了這些材料的甲烷存儲，氣體分離、污染物去除與感測等方面的性能表現，得到了一些重要結果，例如，通過使用強配位鍵、提高結構對稱性、增加配體疏水性和控制配體剛柔性程度多策略並用實現了系列高穩定MOFs的構築；在構築高穩定MOFs的同時，設計MOFs的孔道表面的組成與結構，提升材料的性能表現，如對特定分子的吸附親和力，質子導電性和螢光回響性。本項目還在研究內容上進行了拓展，例如，發展了取向納米陣列輔助成膜方法，可控制備了多種氣體分離性能良好的MOF薄膜；將在水中穩定且分散性良好的MOF材料與聚合物混合製備成雜化膜用於納濾分離水中染料等污染物；製備了系列MOF衍生物，催化功效良好。在本項目資助下，研究結果迄今共發表學術論文44篇，其中SCI收錄論文43篇（影響因子大於10的一區論文17篇），部分論文發表在Nature Energy, Nature Commun., Chem, J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Chem. Rev., Chem. Soc. Rev.等期刊上；參編專著章節3章，申請中國發明專利21項。項目執行期間，項目負責人獲中國石油和化學工業聯合會青年科技突出貢獻獎、茅以升北京青年科技獎、亞洲傑出科研工作者和工程師獎等；入選國家“萬人計畫”科技創新領軍人才、青年北京學者；2017、2018、2019年入選“全球高被引作者”。培養博士後3名、博士生7名、碩士生8名。
