负载金属的ZIF-8催化活性的计算化学研究

金属-有机骨架材料（metal-organic frameworks,MOFs）是一类新型纳米多孔功能材料。由于其独特的结构特征,在催化方面展现出潜在的应用价值。采用分子模拟结合密度泛函理论的计算方法系统地研究了ZIF-8在负载金属Pd、Ag、Pt、Au后的催化活性。结果表明,金属与材料之间主要有3种作用方式,其中以“碳-金属-碳”（C-M-C）形式最为稳定。并且对于同一种方式,ZIF-8负载金属后的稳定性顺序为：Pd >Ag >Pt >Au。同时,利用CO作为探针分子,系统地研究了负载金属后ZIF-8的催化活性,发现这些金属原子的Lewis酸性强弱与其电子接受能力有关,其催化活性顺序为：Pd >Pt >Ag >Au。这为研究利用MOF材料负载金属用于催化提供了参考信息。     

溶剂化效应对金属-有机骨架材料界面微环境催化性能的影响

金属-有机骨架材料(metal-organic frameworks,MOFs)的纳微结构可根据特定需求进行功能化调控,有望成为良好的工业催化材料。由于溶剂环境可对其界面微环境及催化性能产生较大影响,因此研究溶剂化效应对于MOF材料的影响具有重要的意义。以Cu-BTC和MOP-15两种典型MOF材料作为研究对象,采用密度泛函理论与COSMO溶剂模型相结合的方法,考察了溶剂效应对材料几何结构与电子稳定性的影响,并研究了不同溶剂对其Lewis酸性的影响。结果表明,溶剂环境可以使材料中的电子从不饱和配位金属处转移到有机配体上,进而使材料具有更强的Lewis酸性,并且电负性较大有机配体构成的MOF材料,受溶剂效应的影响更加显著。本工作将有助于深入理解溶剂化对调控MOF材料液相催化活性的影响。     

溶剂化效应对金属-有机骨架材料界面微环境催化性能的影响

金属-有机骨架材料（metal-organic frameworks,MOFs）的纳微结构可根据特定需求进行功能化调控,有望成为良好的工业催化材料。由于溶剂环境可对其界面微环境及催化性能产生较大影响,因此研究溶剂化效应对于MOF材料的影响具有重要的意义。以Cu-BTC和MOP-15两种典型MOF材料作为研究对象,采用密度泛函理论与COSMO溶剂模型相结合的方法,考察了溶剂效应对材料几何结构与电子稳定性的影响,并研究了不同溶剂对其Lewis酸性的影响。结果表明,溶剂环境可以使材料中的电子从不饱和配位金属处转移到有机配体上,进而使材料具有更强的Lewis酸性,并且电负性较大有机配体构成的MOF材料,受溶剂效应的影响更加显著。本工作将有助于深入理解溶剂化对调控MOF材料液相催化活性的影响。     

金属-有机骨架材料的计算化学研究

金属-有机骨架材料（metal-organic frameworks,MOFs）是一种新型纳米多孔材料,独特的结构特征使其在储气、分离、催化、生物化学及制药等领域具有广阔的潜在应用价值。本文综述了计算化学方法在探索MOF材料结构-性能关系方面的研究进展,并着重介绍了本研究室在此方面的研究成果。     

金属-有机骨架（MOFs）多孔材料ZIF-8的性能研究

研究金属-有机骨架(MOFs)多孔材料ZIF-8的特性,并用其部分替代白炭黑和氧化锌用于轮胎胎面胶。结果表明:ZIF-8的骨架上含有大量金属活性位点,且大部分金属活性位点裸露在外,使其具有更高的催化性能,ZIF-8具有特殊的有机-无机骨架结构,比表面积大,易分散且对小分子吸附性更好;在轮胎胎面胶中加入ZIF-8,可以大幅度降低氧化锌和白炭黑的用量,缩短硫化时间,提高胶料的物理性能,胶料具有更高的拉伸性能且保持较低的温升。     

固相法合成ZIF-8的表征和催化性能研究

以二甲基咪唑为有机配体,ZnO为Zn源,采用固相法制备了系列沸石咪唑酯骨架结构材料ZIF-8(S),并用XRD、FTIR、N_2吸附、SEM等手段进行了表征。主要考察了固相法制备ZIF-8的合成条件,并与常规溶剂法合成的ZIF-8(MeOH)进行了比较研究。结果表明,采用固相法可成功制备出高结晶度纯相的ZIF-8,且所制备的ZIF-8(S)与在甲醇体系中合成的ZIF-8(MeOH)相比,结晶度高,晶体粒度大,但由于其较小的外表面积,在丙二腈与苯甲醛的Knoevenagel缩合反应中的催化活性相对较低,对简单高效、环境友好的固相合成法制备ZIF-8的性能与应用研究具有重要意义。     

具有裸露金属中心的多孔金属-有机骨架储氢材料

作为绿色能源,氢能受到了广泛关注,而先进的储氢方法则是实现氢能规模应用的关键之一。介绍了多孔金属-有机骨架（MOFs）储氢材料的研究现状、存在的问题、引入裸露金属中心的方法、裸露金属中心元素类型及配位环境对储氢性能的影响。     

金属-有机骨架材料的合成及其研究进展

介绍了金属-有机骨架材料(MOFs)的结构特点和合成方法,论述了金属-有机骨架材料在国内外的研究进展,介绍了其在气体存储,尤其是储氢方面的研究现状.     

碳化ZIF-67催化过硫酸盐降解水中的甲基橙

通过溶剂热法制备了ZIF-67，并碳化生成ZIF-67(C)。利用红外光谱、BET比表面积测试、Zeta电位、X射线衍射和X射线光电子能谱等对ZIF-67(C)进行表征。以甲基橙(MO)降解实验验证了ZIF-67(C)对过一硫酸氢钾(PMS)的催化作用，鉴定了反应中的主要活性物种是硫酸根自由基(SO₄^·-)，讨论了金属与有机配体物质的量之比、溶剂种类和煅烧温度(T)以及MO初始浓度、反应初始p H、ZIF-67(C))投加量和PMS投加量对ZIF-67(C)活化PMS降解MO的影响。结果表明：与ZIF-67比，ZIF-67(C)不仅有较好的吸附性能，且对PMS的催化能力更强。当制备条件为n(Co²⁺)∶n(2-MIM)=1∶8、甲醇为溶剂、T=500℃时，ZIF-67(C)表现出最优的PMS催化性能；当MO初始质量浓度为10 mg/L,ZIF-67(C)投加质量浓度为0.2 g/L,PMS投加质量浓度为0.2 g/L时，1 h内MO的去除率达93.7%。同时，ZIF-67(C)在水中的分散性和稳定性强，重复使用4次后MO...     

气体在金属-有机骨架材料中的吸附分离:经典密度泛函理论的应用

回顾了近年来经典密度泛函理论在预测金属-有机骨架材料吸附特性方面的研究进展,重点介绍了经过快速傅里叶变换加速后的经典密度泛函理论在MOF吸附材料的大规模筛选方面的应用。相较传统的计算机分子模拟,加速后的经典密度泛函理论的优势在于计算效率,对于简单的小分子气体系统尤其具有优势,对MOF吸附材料进行大规模筛选是可行的;但对于对复杂分子的处理尚没有特别有效的方法,如何合理构建复杂流体自由能泛函是它面临的主要挑战。     

金属-有机骨架材料Co (s-nip) 用作气相色谱分离性能研究

手性金属-有机骨架材料是一种多孔材料,存在较多的手性识别位点和热稳定性较好等优点,所以能够作为气相色谱手性固定相。本论文旨在合成手性金属-有机骨架材料Co(s-nip),并将制备所得材料采用动态涂敷的办法制备手性毛细管柱,制备Co(s-nip)毛细管气相色谱柱,并研究该柱的色谱分离性能,实验证明8种手性化合物在Co(s-nip)毛细管上表现较好的分离能力。除此之外,位置异构体、正构烷烃混合物、正构醇混合物和Grob试剂也具有较好的分离效果。通过实验结果证明我们制作的Co(s-nip)毛细管柱具有一定的应用前景。     

MOF-5上甲醇、乙醛和丙酮吸附机理的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论对甲醇、乙醛和丙酮3种VOCs气体在MOF-5中的吸附机理进行了系统的理论研究,结果表明:3种气体分子在MOF-5中的吸附位置主要有4种,分别为大胞腔中的金属簇Zn₄O、苯环BDC位置和小胞腔中的金属簇Zn₄O、苯环BDC位置,其中在金属簇Zn₄O位置吸附能皆为最大。对比甲醇、乙醛和丙酮的结构特性和在MOF-5中的吸附能,结果预测:在有机配体苯环中引入吸电子基团有利于甲醇这类含有羟基基团的有机分子在MOF-5上的吸附,而引入给电子基团或更多含氧官能团,则有利于增强乙醛和丙酮这类含有羰基基团的有机分子与MOF-5的吸附作用。     

关于金属-有机骨架(MOFs)的研究

金属-有机骨架(下文简称"MOFs")作为一种多功能分子基材料,器具有有机-无机杂化特征,在实际应用中的可塑性、有序性、特殊性的光电磁性质广受各大工业厂商关注。MOFs作为一种多孔材料,相比有机多孔、无机多孔材料相比有着很大优势,是当今我国新功能材料研究领域中的一大热点话题。基于此,本文重点对金属-有机骨架薄膜、发光金属-有机骨架材料、纳米级金属-有机骨架材料三方面进程阐述。     

卟啉金属有机骨架材料在光催化领域的研究进展

综述了近年来卟啉金属-有机骨架材料(MOFs)在光催化降解有机污染物、光解水制氢等光催化领域的研究进展情况,阐述了其在光催化方面表现出的突出性能,分析了结构与催化性能之间的关系。最后提出了卟啉MOFs在光催化领域中的优势、挑战以及未来展望。     

卟啉金属有机骨架材料在光催化领域的研究进展

综述了近年来卟啉金属-有机骨架材料(MOFs)在光催化降解有机污染物、光解水制氢等光催化领域的研究进展情况,阐述了其在光催化方面表现出的突出性能,分析了结构与催化性能之间的关系。最后提出了卟啉MOFs在光催化领域中的优势、挑战以及未来展望。     

超声法辅助合成金属-有机骨架材料

近年来,金属-有机骨架材料作为一种具有多种功能的新型多孔材料,以其巨大的潜在应用前景而成为一个热门的研究领域,例如离子交换、气体储存、催化以及在光学、医学、选择性吸附和磁性材料等领域。传统的金属-有机骨架的合成方法,如水热、溶剂扩散和溶剂热等方法,需要的合成条件温度高、溶剂消耗多、耗费时间长。同时利用传统法合成的金属-有机骨架材料晶体尺寸较大,传感响应速度慢。利用超声辅助方法合成的金属-有机骨架材料,可以高产率地合成大多数金属-有机骨架材料,且具有反应时间短、产品回收率高等特点,实现对金属-有机骨架材料尺寸和形貌的调控,利用超声辅助的合成方法,通过改变反应条件,可以得到具有不同尺寸和形貌的金属-有机骨架材料。     

金属-有机骨架材料吸附脱硫的研究进展

金属-有机骨架材料(MOFs)是一种新型多孔材料,近年来在吸附脱硫中的应用使其在清洁汽油生产中成为最有潜力的材料。综述MOFs吸附脱硫的研究进展及主要机理,并对MOFs的发展前景和方向进行展望。     

金属-有机骨架材料制备及其吸附净化挥发性有机物应用

吸附技术是控制净化挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,VOCs)常用且有效的方法之一,其核心和关键是具有高比表面积和孔容的高效吸附材料。金属-有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)是一类具有超高比表面积和孔容的新型高效吸附材料,在VOCs吸附净化领域具有广阔的应用前景。概述了MOFs材料的发展历程,重点介绍了MOFs材料合成制备方法及其对VOCs的吸附研究进展,讨论了相关研究工作尚存在的科学技术问题并展望了未来研究方向。     

金属-有机骨架材料CO2捕获性能的大规模计算筛选

全球性温室效应形势的日趋严重，迫切需要研究和开发可用于CO₂捕集的高性能材料。对于含有双铜船桨型片段(Cu₂(COO)₄)的MOF材料，因其结构中含有配位不饱和的Cu金属位点，在低压区域的CO₂捕获方面展现出优异的性能。目前，大规模计算筛选工作主要是基于传统的分子力场，无法对此类Cu-MOFs中主客体分子间的相互作用进行准确描述。基于量化计算获得的精确分子力场，利用Monte Carlo分子模拟方法考察了常温常压条件下763个基于Cu-OMS的MOF材料对CO₂存储和CO₂/N₂的分离行为。不仅筛选出潜在的高性能材料，而且揭示出了材料的结构与其性能之间的关系和具有优良性能的材料结构特征，可为面向特定应用的新材料设计和合成提供理论参考。     

金属-有机骨架材料在气体膜分离中的研究进展

金属-有机骨架材料(metal-organic frameworks,MOF)由于具有高比表面积、大孔隙率、功能性孔道结构以及种类多样性等特征,在储气、分离、催化、载药和光学等领域受到重视。其中,制备纯MOF膜或基于MOF的混合基质膜(mixed matrix membranes,MMMs)并用于气体分离,被认为具有潜在的应用前景。目前为止,实验合成的MOF材料种类已有两万种,为了快速筛选出合适的MOF材料作为膜材料,计算化学的方法可以极大地缩减MOF膜的研究周期,并有助于指导实验合成高效膜分离材料。本文分别从计算和实验两方面介绍了MOF膜在气体分离中的研究进展,分析表明,MOF膜的研究总体上向功能性更强、稳定性更高的方向发展,但是利用计算方法建立MOF膜的构效关系还存在一定的难度。因此,建立MOF膜的结构与性能表征的新概念、新方法,并利用MOF膜的结构-性能关系指导实验合成高稳定性、低成本的膜材料将是未来MOF膜的发展方向。