过渡金属掺杂的沸石咪唑酯骨架(ZIF-8)的制备和性能研究文献综述

 2020-08-04 09:08
文 献 综 述 1.1 金属有机框架材料简介 金属有机框架材料(MOFs)指无机金属中心与桥连的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。MOFs是一种有机-无机杂化材料,也称配位聚合物(coordination polymer),它既不同于无机多孔材料,也不同于一般的有机配合物[1]。兼有无机材料的刚性和有机材料的柔性特征。具有孔道可调节性 、高比表面积、框架组成多样性、组成可设计性以及优良的表面后修饰性等结构特征,在吸附与分离、催化、储氧、催化、传感以及分析化学等领域具有巨大的应用前景[2]。 1.2 类沸石咪唑骨架ZIF材料简介 类沸石咪唑骨架ZIF材料作为MOFs的分支,其中的过渡金属主要是二价的Zn、Co等, 咪唑或咪唑衍生物作为有机连接配体[3]。咪唑酯是具有共轭性质的五元环,通过失去一个质子能与金属离子配位,形成一个接近于145#176;的M#8212;Im-M键角(M:过渡金属离子;Im:咪唑酯),其连接方式刚好对应于传统沸石中的Si一O一Si结构[4][5]。ZIF材料具有沸石分子筛的稳定孔隙结构、均一的孔分布、较高的热稳定性及化学稳定性。其中ZIF-8是目前研究最为广泛的一类ZIF材料,对其应用的研究已涉及气体 吸附、分离、储氢和催化等多个领域。在催化应用方面,ZIF-8因其所具有的独特孔道结构有、快速配位特性、高热稳定性、高化学稳定性、高表面积和表面酸碱性能等特点,在作为非均相催化剂和催化剂载体方面显示出一定潜在的优越性。除此之外,ZIF-8是一种宽带隙材料(带隙能Eg = 4.9eV),仅在紫外区吸收。 1.3 MOFs和ZIF材料的研究进展 在材料化学的研究领域之类,多孔无机材料一直是研究者们的关注焦点,沸石分子筛作为无机多孔材料的代表,在20世纪下半叶被广泛的研究和应用。然而随着配位聚合物晶体工程和超分子化学的快速发展,以及工业生产对于材料性能的要求提高。传统无机多孔材料逐渐无法满足需求。此时,一种新型的有机-无机杂化材料金属有机框架结构(MOFs)诞生了。1995年,Yaghi[6]课题组第一次在Nature杂志上报道了其合成的第一种金属有机框架材料:一种具有二维结构的配位化合物,由刚性的有机配体均苯三甲酸与过渡金属Co合成。从那至今,金属有机框架材料发展迅猛,以惊人的速度和活动逐步发展为一个独立分支。沸石咪唑骨架材料作为金属有机框架材料的一大分支,也在近十年开始受到广泛关注。各类ZIF材料不断被成功合成。其中以ZIF-8的研究和应用最为广泛。 2008年,Yaghi[7]课题组发现了ZIF中的巨大笼结构可作为选择性二氧化碳储层.ZIF-95和ZIF-100具有复杂的笼状结构。其可在室温下选择性地从气体混合物中捕捉二氧化碳,并展现出高的化学稳定性和热稳定性。2009年,J#252;rgen Caro[8]等人研究了微波辅助溶剂热合成的ZIF膜的分子筛性质。他们发现,ZIF-8对氢气和甲烷的亲和性很差,可以用来分离氢气。并且ZIF-8有很强的疏水性,可进一步从蒸汽混合物中分离氢气。
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