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金属有机骨架材料(MOFs)PPT课件

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金属有机骨架材料MOF的分类课件

金属有机骨架材料MOF的分类课件
金属-有机
骨架材料
(MOF)的分 类
Content
A.常见的金属-有机骨架材料分类
a. IRMOF系列材料(Isoreticular Metal-Organic Framework) b. ZIF系列材料(Zeolitic imidazolate framework) c. CPL系列材料(Coordination Pillared-Layer) d. MIL系列材料(Materials of Institut Lavoisier) e. PCN系列材料(Porous Coordination Network) f. UiO系列材料(University o素和琥珀酸、戊二酸等二羧酸配体合成。 其最大的一个特点就是在外界因素的刺激下，材料结构会在大孔和窄孔两种形态之间转变，即呼吸现象。
PCN材料
PCN系列材料含有多个立方八面体纳米孔笼，并在空间上形成 孔笼-孔道状拓扑结构。这种材料在气体存储方面有巨大潜力。
低压
高压
RSC Adv., 2014, 4, 16503
GCMC simulation methods
Program: Multipurpose Simulation Code (MuSiC-4.0) developed by the Snurr group. Interconversion of fugacity and pressure: Peng–Robinson equation of state (PREOS). Model: ZIF-8 frameworks were treated as rigid with frozen atom, H2 and CH4 were represented by a united –atom model, N2 and CO2 were mimicked as a three-site rigid model. Cutoff radius of LJ interactions: 1.4nm Long-range electrostatic interactions: Ewald method Steps: 107, 50% for equilibration, 50% for calculating the ensemble averages. Force field parameters: Ԑ=0.635ԐUFF and σ=1.0σUFF

金属有机骨架材料(MOFs)(课堂PPT)

金属有机骨架材料(MOFs)(课堂PPT)
9
Stability of metal–organic frameworks
ห้องสมุดไป่ตู้
1
Chemical stability
2
Thermal stability
3
Hydrothermal stability
4
Mechanical stability
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1
Chemical stability
The greatest concerns for the improvement of MOF chemical stability have been largely related to liquid water and water vapour; accordingly, we focus on aqueous solutions. In most MOF structures, the chemical weak points are at the nodes — more specifically, the metal–linker bonds — with hydrolysis yielding a protonated linker and a hydroxide(or water) ligated node. Acidic solutions can accelerate the formation of the former, and basic solutions can accelerate the formation of the latter.
Framework catenation — more specifically, interpenetration or interweaving of networks — can enhance stability through favourable framework–framework interactions.

MOF材料的研究进展PPT课件

MOF材料的研究进展PPT课件

生物甲烷过程由于兼具节能、减排、资源化三重战略意义，被誉为是“粪土变黄金， 化腐朽为神奇”的工程，近年来引起了社会的广泛关注。生物甲烷过程需要将生物 质发酵产生的沼气进行提纯，去除沼气中CO2 等气体，使甲烷浓度高于97%。如 何提高CO2 分离过程的效率，降低过程能耗，是目前研究领域的热点。作为21 世 纪最热门的材料之一，金属有机骨架材料（metal organic frameworks，MOFs） 被广泛认为是用于碳捕获和封存（CCS）过程最具前景的材料，近二十年来被广 为研究。
根据不同的核组成，将MOFs 为壳的核壳结构材料主要分为：单质金属/非金属@MOFs、 氧化物@MOFs和MOFs@MOFs。
Deng Y，Qi D，Deng C，et al. Journal of the American- Chemical Society，2007，130（1）：28-29. 11
-
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CO2的吸附热
吸附热是指气体吸附过程所产
出的热量，它代表了气体分子
与吸附材料表面作用力。材料 的CO2吸附热越大，说明CO2 与 吸附材料的作用力越强，选择
性就越好，同时脱附时所需的
能量代价也越高。因此好的吸
附材料应该具有一个合适的吸
附热。因此，吸附热一般会随 着CO2覆盖率的增加而减少。
-
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HAQUE E，JUN J W，JHUNG S H. Journal of Hazardous Materials，2011，185（1）：507-511.
金属有机骨架（MOFs）为壳的核壳结构材料研究进展
近年来，核壳材料的合成与应用研究成为材料领域的一大热点。从广义上说，核壳结构 材料是一种材料通过物理化学作用均匀地包覆在另一种材料表面形成的纳米尺度的有序 核壳结构，还包括空球、微囊等材料。通过裁剪核或壳的结构、尺寸，可以调控核壳材 料的吸附分离、催化、光学、磁学等性质，从而表现出异于单组分的核或壳的性能。核 壳结构材料按外壳来分，主要有金属/非金属类、非金属/金属的化合物类、分子筛类和 金属有机骨架类。然而，金属有机骨架为壳的核壳结构材料的研究至今相对比较少，还 不是很成熟，因此类核壳材料仍有很大的发展潜力。

金属有机骨架材料MOFsppt课件.pptx

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In recent years, the number and diversity of MOF structures have grown significantly, and many water-stable and thermally stable MOFs now exist, Enabling an exciting expansion of their application. Depending on the application envisaged, different functional stabilities e important.
Connectivity of Zr6 nodes in zirconiumbased metal–organic frameworks and
the associated carboxylate molecules
required to link nodes together.
2
Thermal stability
3 MOF stability in catalytic systems
The chemical (acid–base) stability of some representative metal–organic frameworks based on literature data. The bar length indicates the pH range that the metal–organic frameworks (MOFs) can tolerate. An arrow indicates that the MOF can withstand pH<0 or pH>14.
Some arrangements of linkers and connectors render MOFs more resistant to deformation and destruction than others. Some computational studies show that mechanical stability tends to be enhanced with shorter linkers. An important practical development that greatly reduces the mechanical performance requirements for MOFs in applications.

金属有机骨架材料(MOF)的分类课件

金属有机骨架材料(MOF)的分类课件

要点二
详细描述
为了拓展MOFs的应用领域，提高其功能化程度至关重要 。目前，研究者们正在致力于开发具有特定功能的MOFs ，如催化、吸附、光学等，以满足不同领域的需求。同时 ，还需要深入研究MOFs的功能化机制，为其未来的发展 提供理论支持。
中度功能化MOFs
功能化程度适中，适用于中等复杂吸附和分离。
高度功能化MOFs
功能化程度较高，适用于复杂吸附和分离以及催化反应等应用。
03
MOFs的应用领域
气体储存和分离
由于MOFs具有高比表面积和可调的孔径，它们被广泛应用于气体储存和分离领 域。
MOFs可以用于储存氢气、甲烷等清洁能源气体，提高能源的储存密度。同时， MOFs也可以用于分离工业气体，如二氧化碳、乙烯等，提高产品的纯度。
催化反应
MOFs具有高比表面积和可调的孔径，可以作为催化剂的载 体，提高催化反应的效率和选择性。
MOFs可以用于催化有机反应、光催化反应和电化学反应等 ，如烷基化反应、氧化反应和加氢反应等。这些反应在化工 、制药和新能源等领域具有广泛的应用前景。
药物传递和释放
MOFs具有可调的孔径和结构，可以用于药物传递和释放 ，实现药物的精准控制。
孔径大小类型MOFs的特点
大孔径MOFs
孔径大于10 Å，适用于大 分子物质的吸附和分离。
中孔径MOFs
孔径在5-10 Å之间，适用 于中小分子物质的吸附和 分离。
小孔径MOFs
孔径小于5 Å，适用于小分 子物质的吸附和分离。
功能化程度类型MOFs的特点
低度功能化MOFs
功能化程度较低，适用于简单吸附和分离。
拓扑结构类型MOFs的特点
八面体型
以八面体作为基本结构单元，形成的 MOFs具有较高的比表面积和孔容， 适用于气体储存和分离。

MOFs简介(共18张)

MOFs简介(共18张)
金属有机框架(kuànɡ jià)化合物(MOFs) 简介
第1页，共18页。
根据国际纯粹化学与应用化学联合会的规定 ，由孔径的大小，把孔分为三类(sān lèi)： 微孔（孔径小于2nm）、介孔（2～50nm）、大孔（孔径大于50nm），如图1 所示。
Figure 1 pore size
第2页，共18页。
第6页，共18页。
有机配体调节
MOFs的配体类型(lèixíng)
• 含氮杂环有机配体MOFs • 含羧基有机配体MOFs • 含氮杂环与羧酸混合配体MOFs • 两种羧酸混合配体MOFs
第7页，共18页。
一般来说,空间位阻大的配体不利于形成(xíngchéng)高维数的网络结构,而具 有稳定的环状结构(刚性) 的有机分子常被用来构筑孔道结构的高维 聚合物,同时,这个刚性分子应至少含有一个多齿型官能团, 如-CO2H、 -CS2H、-NO2、-SO3H、-PO3H等,使之具有很好的配位能力和聚合
聚合物,有机分子链的长短直接决定聚合物孔径(kǒngjìng)的大小,有机 配体的修饰基团可调节聚合物的孔结构和孔表面的物理化学性质,
而不同类型的有机配体(如羧酸类的含氧配体、吡啶类的含氮配体、有机 膦类的含磷配体等) 会改变聚合物的网络拓扑结构。
第13页，共18页。
应用 MOFs多孔材料在催化剂、吸附分离、气体的储存及光电磁材料 等方面具有重要的应用价值。金属位在大量的分子识别过程中起 了关键性的作用，因为金属位能产生高度的选择性和特定分子的 储存和传送。MOFs材料经常具有不饱和配位的金属位和大的比 表面积，这在化学工业中有着(yǒu zhe)广阔的应用前景。 • 气体储存 • 催化剂
定性的作用。尽管如此, 现在想通过简单的设计而直接合成得到精确

MOF-5简介ppt课件

MOF-5简介ppt课件
4
MOF-5合成方法
二次生长 法
微波法
水（溶剂） 热法
MOF-5合 成方法
挥发法 扩散法超Leabharlann 法直接加入 合成法5
MOF-5合成方法
• 水(溶剂)热法：将金属盐与有机配体溶解在溶剂中，所得混合溶液在反应釜、一定的
温度和自生压力下反应，获得目标产物。
将一定量的 Zn(NO3)2·6H2O 和 H2BDC 分别溶于适量的 N’N-二甲基甲酰胺（DMF）中，搅拌至完 全溶解后转移至反应釜中，置于烘箱中加热反应一段时间，待反应结束后，关闭烘箱并保持反应釜在 烘箱内自然冷却至室温；将反应所得的晶体样品滤出后用 DMF 反复冲洗，以除去未反应的锌盐和对 苯二甲酸；最后将冲洗后的晶体于氯仿中浸泡 2~3 次后滤出，以除去客体分子DMF，然后将收集到 的样品在 120℃下进行烘干，或是将冲洗后的晶体用氯仿冲洗后直接再 200℃下加热活化去除客体分 子，最后收集样品密封保存以待用。流程图如下：
MOF-5简介
资料收集： PPT制作： PPT讲解：
1
MOF-5简介 MOF-5合成方法 MOF-5的优点及不足 提高MOF-5储氢能力的方法
目录
2
MOFs简介
• 金属-有机框架材料（Metal-OrganicFrameworks, MOFs）是一类有机-无机杂化 材料，由有机配体和无机金属单元构建而成。
• MOFs因具有比表面积大和空隙率大，结构组成多样及热稳定性好等特点，已 成为当今新功能材料研究的热点。
具体来说， MOFs的晶体密度为0.21～0.41g/cm3，是目前所报道的贮氢材料中最 轻的；它的比表面积很大，已报道合成的此类物质中平均表面积＞2000m2/g，比 含碳类多孔材料的还要大数倍；它可以在室温、 安全的压力（<2MPa ）下快速可 逆地吸收大量的气体。良好的热稳定性以及便捷的改性手段也使得它备受青睐。

MOF材料的研究进展PPT课件

MOF材料的研究进展PPT课件

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8
纺织、造纸、印染、钢铁、焦化、石油、农药、油漆等现代工业的发展，产生了 大量的有机污染物，其中大部分具有致癌、致畸、致突变且难生物降解的特点。 这些有毒有害有机污染物对环境的巨大危害以及带来的环境问题越来越被人们所 认识。采用MOFs 吸附去除水中的有机染料受到广泛关注，研究涉及的有机染料 包括甲基橙（MO）、亚甲基蓝（MB）、孔雀石绿（MG）等二甲苯酚橙（XO）[、 罗丹明B(RhB)、结晶紫（CV）、刚果红（MG）和荧光素钠等。
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HAQUE E，JUN J W，JHUNG S H. Journal of Hazardous Materials，2011，185（1）：507-511.
金属有机骨架（MOFs）为壳的核壳结构材料研究进展
近年来，核壳材料的合成与应用研究成为材料领域的一大热点。从广义上说，核壳结构 材料是一种材料通过物理化学作用均匀地包覆在另一种材料表面形成的纳米尺度的有序 核壳结构，还包括空球、微囊等材料。通过裁剪核或壳的结构、尺寸，可以调控核壳材 料的吸附分离、催化、光学、磁学等性质，从而表现出异于单组分的核或壳的性能。核 壳结构材料按外壳来分，主要有金属/非金属类、非金属/金属的化合物类、分子筛类和 金属有机骨架类。然而，金属有机骨架为壳的核壳结构材料的研究至今相对比较少，还 不是很成熟，因此类核壳材料仍有很大的发展潜力。
MOF材料在储氢领域的研究进展
利用最小的羧酸基元合成了目前世界上第一 例具有(3,3,5)-c/gdm拓扑网结构的GDMU-2MOF材料，揭示了构筑基元的功能化对材料 微观结构和性能的调节作用，最终实现了对 氢气储存能力的同步优化，大幅提升材料储 氢效率。未来氢能作为氢燃料电池在交通工 具中大量应用时，MOF材料可起到重要作用。 “GDMU-2-MOF材料具有比表面积和孔容积

金属有机骨架材料MOF的分类ppt课件

金属有机骨架材料MOF的分类ppt课件
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The CH4 adsorptions: ZIF-71 < -97 < -93 < -96 < -25. These results suggest that the dominant influence on adsorption of CH4 in the ZIFs is BET surface area or free volume, consistent with results obtained by the Snurr group and Wang et al.
9
Chem. Commun., 2011,47, 9603–9605
B.MOF材料的计算化学研究方法及应用
量子力 学方法
第一性原理方法、密度泛函理论
分子力 分子模 学方法 拟方法
蒙特卡罗方法、分子动力 学方法
10
Experimental−Computational combination
J. Phys. Chem. C 2013, 117, 10326−10335
3
IRMOF材料
IRMOF是由分离的次级结构单元[Zn4O]6+无机基团与一系列芳 香羧酸配体，以八面体形式桥连自组装而成的微孔晶体材料。 通过使用含更长的二羧酸配体反应物，IRMOF系列化合物的 孔道尺寸可以增大到28.8Å，孔隙率从55.8%增大到91.1%，大 大超过了沸石的孔隙率。
用于合成IRMOF系列材料的不同配体 Mohamed Eddaoudi, Jaheon Kim, Nathaniel Rosi,David Vodak, Joseph Wachter, Michael O’Keeffe, Omar M. Yaghi*. Systematic Design of Pore Size and 4 Functionality in Isoreticular MOFs and Their Application in Methane Storage. Science, 2003, 300, 1127

第8章 金属有机骨架材料

第8章 金属有机骨架材料

(3) 1999年，Yaghi在Nature上发表了由锌离子和对苯二甲 酸 构建的MOF-5（又称IRMOF-1）。
HOOC
COOH
Zn(NO3)2
Nature, 1999, 402(6759), 276.
(4) 1999年，香港科技大学Williams教授在Science上发表了 由硝酸铜和均苯三甲酸构建的另一著名的金属有机骨架 HKUST-1（又称MOF-199） 。
第8章
金属有机骨架材料
Metal-organic frameworks, MOFs
❖MOFs的发展历史 ❖MOFs的优点与缺点 ❖MOFs的结构设计策略 ❖MOFs的合成方法 ❖MOFs的应用
MOFs的概念 金属有机骨架（MOFs），也称配位聚合物（coordination polymers, CPs），是由金属离子或金属簇与有机配体通过 配位组装形成的一类具有周期性多维结构的多孔有机-无机 杂化材料。
❖气体吸附 氢气吸附：
MOF-5是众多MOFs中的一个典型范例，其框架[Zn4O(BDC)3]是 Zn4O(COO)6单元与对苯二甲酸根BDC相互连接形成的具有pcu拓扑的三 维网络。MOF-5在真空下可以稳定到400 oC。Long等在严格无水无氧条 件下制备的MOF-5样品，其高压H2吸附测试显示在7 K、4 MPa下，H2 超额吸附量为76 mg/g。当压力为17 MPa时，H2绝对吸附量高达130 mg/g，体积存储密度为77 g/L。
(1) 1989年，澳大利亚Robson教授首次报道了一系列多孔配位 聚合物的晶体结构。（J. Am. Soc. Chem., 1989, 111, 5962）
(2) 1995年 美国Yaghi教授课题组使用一价铜离子和4,4‘-联吡 啶为原料，通过水热合成法制备了具有金刚烷型网状结构 的配位聚合物MOF-1，并首次提出MOFs的概念。

金属有机骨架材料MOF的分类ppt课件

金属有机骨架材料MOF的分类ppt课件

9
Chem. Commun., 2011,47, 9603–9605
B.MOF材料的计算化学研究方法及应用
量子力 学方法
第一性原理方法、密度泛函理论
分子力 分子模 学方法 拟方法
蒙特卡罗方法、分子动力 学方法
10Βιβλιοθήκη Experimental−Computational combination
J. Phys. Chem. C 2013, 117, 10326−10335
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J. AM. CHEM. SOC. 2008, 130, 1012-1016
UiO系列材料
UiO材料由含Zr（锆）的正八面体[Zr6O4(OH)4]与12个对苯二甲酸(BDC)有机配体相连，形成包含八面体中心 孔笼和八个四面体角笼的三维微孔结构。
J. AM. CHEM. SOC. 2008, 130, 13850–13851
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MOF材料模拟的前景
在氢储领域的应用 在气体吸附与分离领域的应用 在催化反应中的应用 在药物缓释方面的应用
20
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18
Conclusions
The CH4 adsorption isotherms for four different initial structures of ZIF-8 at 298 K have been computed using GCMC simulations with the proposed force field adsorption isotherms for four gases such as CH4, H2, CO2 and N2 at different temperatures were computed using GCMC simulation and were found to be in a good agreement with the experimental data.
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5
MOFs are composed of metal nodes and organic linkers that can be systematically tuned in terms of chemical composition and precise arrangement— an attribute that differs from purely inorganic zeolites,which consist largely of silicon or aluminium ions linked by oxygen atoms.
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Stability of metal–organic frameworks
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Chemical stability
2
Thermal stability
3
Hydrothermal stability
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Mechanical stability
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Chemical stability
The greatest concerns for the improvement of MOF chemical stability have been largely related to liquid water and water vapour; accordingly, we focus on aqueous solutions. In most MOF structures, the chemical weak points are at the nodes — more specifically, the metal–linker bonds — with hydrolysis yielding a protonated linker and a hydroxide(or water) ligated node. Acidic solutions can accelerate the formation of the former, and basic solutions can accelerate the formation of the latter.
3 MOF stability in catalytic systems
4 Future perspectives. Nhomakorabea3
1
Introduction
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Metal–organic frameworks (MOFs) are a scientifically compelling and functionally evolving class of meso-, micro- and ultramicroporous materials. MOF structures encompass dozens of topologies, including several, such as sodalite and Rho, that are also well known for zeolites. MOFs have been explored for many applications including, but not limited to, gas storage and release, chemical separations, drug delivery, catalysis, light harvesting and energy conversion, and, recently, the degradation of toxic substances such as chemical warfare agents
Metal–Organic Frameworks
Team Members:Cao Chang Fu Chu Xian
Reporter: Du Meng Yuan
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1
Published on Nature Reviews Materials
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2
CONTENTS
1 Introduction
2 Stability of metal–organic frameworks
Although there is no standard method for assessing the stability of MOFs in acidic, basic or neutral solutions, it is often judged by comparing the powder Xray diffraction (PXRD) pattern of a MOF before and after soaking it in a given aqueous solution.
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2
Stability of metal–organic frameworks
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8
Stability is defined as resistance of the structure to degradation. However, another possible definition is thermodynamic in origin: many functionally stable MOFs (as well as zeolites) are thermodynamically unstable with respect to alternative — typically, denser — polymorphs. An active area of MOF research is the development of routes to thermodynamically unstable, but functionally stable, polymorphs.
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In recent years, the number and diversity of MOF structures have grown significantly, and many water-stable and thermally stable MOFs now exist, Enabling an exciting expansion of their application. Depending on the application envisaged, different functional stabilities are important.