MOFS材料.ppt
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1、11、什么是、什么是MOFs材料?材料?2、MOFs材料的结构特点材料的结构特点;3、MOFs材料的制备方法材料的制备方法;4、MOFs材料研究意义。材料研究意义。功能功能MOFs材料材料21、什么是、什么是MOFs材料?材料?MOFs 材料是材料是金属有机骨架金属有机骨架化合物化合物(Metal-Organic Frameworks)的简称。的简称。3MOFs 材料是由材料是由无机金属中心无机金属中心(金属离子金属离子或金属簇或金属簇)与与桥连桥连的的有机配体有机配体通过自组装相互通过自组装相互连接,形成的一类具有周期性网络结构的连接,形成的一类具有周期性网络结构的晶晶态多孔材料态多孔材料。
2、4MOFs 是一种有机是一种有机-无机杂化材料,也称无机杂化材料,也称作作配位聚合物配位聚合物(Coordination Polymer),),它既不同于传统的无机多孔材料,也不同于它既不同于传统的无机多孔材料,也不同于一般的有机配合物。一般的有机配合物。5MOFs材料的主体结构是由材料的主体结构是由次级结构单元次级结构单元次级结构单元次级结构单元(Secondary Building Unit,SBUSecondary Building Unit,SBU)与与有机连接体有机连接体有机连接体有机连接体(Linker)之间的相互连接来构筑的,这类材料的之间的相互连接来构筑的,这类材料的孔径孔径孔
3、径孔径形状以及大小形状以及大小形状以及大小形状以及大小都可以通过选择不同的都可以通过选择不同的金属中心金属中心金属中心金属中心和和有有有有机配体机配体机配体机配体来实现。来实现。6MOFs,是是指指“由由配配配配体体体体与与金金金金属属属属离离离离子子子子通通过过配配配配位位位位键键键键连连接接形形成成的的无无限限网网络络状状聚聚合合物物材材料料”,属属于于“无无机机-有有机杂化材料机杂化材料”。MOFs材材料料兼兼具具无无无无机机机机材材材材料料料料刚刚刚刚性性性性和和有有有有机机机机材材材材料料料料柔柔柔柔韧韧韧韧性性性性的的特特征征,使使其其在在现现代代材材料料研研究究方方面面呈呈现现巨
4、巨大大的的发发展展潜力及诱人的发展前景。潜力及诱人的发展前景。781 D 1 D 网络网络网络网络:由由金属离子金属离子金属离子金属离子与与桥连配体桥连配体桥连配体桥连配体连接而成一维、二维或三维连接而成一维、二维或三维网络结构。网络结构。2、MOFs材料的结构特点材料的结构特点92Ni(NO2Ni(NO3 3)2 2.6H6H2 2O+bpe+N(CN)O+bpe+N(CN)2 2-Ni(bpe)Ni(bpe)2 2(N(CN)(N(CN)2 2(N(CN)(N(CN)2 2)(5H)(5H2 2O)O)n n bpe2 D 网络网络:103 D 3 D 网络网络网络网络:113、制备、制备
5、MOFs材料的方法材料的方法122.1 2.1 自由金属离子与桥连配体的自组装自由金属离子与桥连配体的自组装自由金属离子与桥连配体的自组装自由金属离子与桥连配体的自组装132Ni(NO3)2.6H2O+bpe+N(CN)2-Ni(bpe)2(N(CN)2N(CN)25H2On bpe 14 A major advantage of this approach is that the manipulations are very easy.A major disadvantage of this approach is that the outcomes are often difficult
6、to be predicted since no control is applied on the many factors affecting the structure of a MOF.Factors affecting the structure other than the metal and the linker:(1)counterions,(2)templates(the presence of which within the structure is necessary for its formation),(3)solvents or nonbonding guests
7、,(4)Auxiliary ligands,(5)pH value,(6)hydrothermal/solvothermal conditions 15 2.2 2.2 保护性配体法保护性配体法保护性配体法保护性配体法 利用利用保护性配体保护性配体保护性配体保护性配体预计金属离子形成的配合物与桥预计金属离子形成的配合物与桥连配体组装成连配体组装成MOFs:保护性配体对所形成保护性配体对所形成MOFs的的结构具有控制作用结构具有控制作用162.3 2.3 次级构筑单元法次级构筑单元法次级构筑单元法次级构筑单元法 次级构筑单元次级构筑单元(secondary building unit=SBU)当
8、当桥桥连连配配体体与与金金属属离离子子共共聚聚合合时时,常常能能在在所所形形成成的的结结构中识别出簇合体,这些簇合体被称为次级构筑单元。构中识别出簇合体,这些簇合体被称为次级构筑单元。次级构筑单元仅仅是概念上的单元,在原料次级构筑单元仅仅是概念上的单元,在原料中并不包含这样的单元。中并不包含这样的单元。17 Zn4O(BDC)3n8n(DMF)(C6H5Cl)MOF:(a)Zn4O 单元(Zn:filled circles)linked to six O2C units of BDC groups(C:shaded circles).(b)The same with four ZnO4 tet
9、rahedra shaded.(c)The same with the C6 octahedron shaded.(d)The BDC anion(O:open circles,C:shaded circles).(e)The link(the phenyl of the BDC anion).181920 网络结构被看作是由网络结构被看作是由-C6H4-基团连接八面体形基团连接八面体形 (Zn4O)(O2C)6 次级结构单元而成的次级结构单元而成的.21利用利用次级结构单元次级结构单元次级结构单元次级结构单元概念可以:概念可以:(1)理解理解MOFs结构结构(2)预测预测MOFs结构结构(3
10、)设计与合成具有特定结构的设计与合成具有特定结构的MOFs22 次级结构单元可以在次级结构单元可以在 MOFs 中导致大的孔洞中导致大的孔洞:因为在因为在 SBUs的中心之间有很长的距离的中心之间有很长的距离232.4 2.4 含金属配体含金属配体含金属配体含金属配体 (MLsMLs)法)法)法)法带带有有两两个个或或更更多多能能向向金金属属离离子子配配位位的的配配位位位位置置的的配配合合物,这样的配合物能够将其它的金属离子连接起来。物,这样的配合物能够将其它的金属离子连接起来。24MOFs材料的研究不仅在于其材料的研究不仅在于其迷人的拓扑结构迷人的拓扑结构迷人的拓扑结构迷人的拓扑结构,更在于
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