轻质镁基金属有机框架材料的合成与结构研究【毕业设计】.doc

1、（20届）本科毕业设计轻质镁基金属有机框架材料的合成与结构研究THESYNTHESESANDSTRUCTURESOFLIGHTWEIGHTMGBASEDMETALORGANICFRAMEWORKMATERIALS所在学院专业班级应用化学学生姓名学号指导教师职称完成日期年月I摘要【摘要】随着科学的发展，人们逐渐发现，以新型阳离子、阴离子及中性配体形成的有机金属有机框架MOFS具有孔隙率高、孔结构可控、比表面积大、化学性质稳定、制备过程简单等优点，并能多方面的应用于选择性催化、分子识别、可逆性主客体分子离子交换、超高纯度分离、生物传导材料、光电材料、磁性材料和芯片等新材料开发。合成新的轻质镁基金属

2、有机框架材料，并研究它们的性质及应用，对晶体化学发展有着重要意义。我们采用六水硝酸镁和2氨基对苯二甲酸，通过溶剂热法合成了镁配合物，并对其进行了红外光谱测试，荧光测试，单晶X射线衍射。单晶X射线衍射表明，镁基化合物晶体，ME2NH22MG3ONH2BDC3H2O39H2O，属P63/MMC空间群，晶胞参数A14018111，B14018111，C17908915，90，90，120，Z2，V3047743，F0001505，R103787,WR205057。【关键词】金属有机框架；镁基化合物；合成；晶体结构IITHESYNTHESESANDSTRUCTURESOFLIGHTWEIGHTMGBA

3、SEDMETALORGANICFRAMEWORKMATERIALSABSTRACT【ABSTRACT】WITHTHEDEVELOPMENTOFSCIENCE,PEOPLEGRADUALLYFOUNDTONOVELCATIONIC,ANIONICANDNEUTRALORGANICLIGANDSTOFORMMETALORGANICFRAMEWORKMOFS,WHICHHAVEHIGHPOROSITY,CONTROLLABLEPORESTRUCTURE,SURFACEAREA,CHEMICALSTABILITY,ANDSIMPLEPREPARATIONMOFSCANBEAPPLIEDINSELECT

4、IVECATALYSIS,MOLECULARRECOGNITION,REVERSIBLEHOSTGUESTMOLECULESIONSEXCHANGE,ULTRAHIGHPURITYSEPARATION,BIOCONDUCTINGMATERIAL,OPTICALMATERIALS,MAGNETICMATERIALSANDCHIPSANDOTHERNEWMATERIALSTHESYNTHESISOFNEWLIGHTWEIGHTMAGNESIUMBASEDMETALORGANICFRAMEWORKMATERIALS,ANDSTUDYOFTHEIRPROPERTIESANDAPPLICATIONSAR

5、EOFGREATSIGNIFICANCEFORCRYSTALCHEMISTRYWESYNTHESIZEDAMAGNESIUMCOMPLEX,ME2NH22MG3ONH2BDC3H2O39H2O,BYUSINGOFMAGNESIUMNITRATEHEXAHYDRATEAND2AMINOPPHTHALICACIDUNDERSOLVOTHERMALREACTIONTHISCOMPOUNDWASCHARACTERIZEDBYINFRAREDSPECTROSCOPY,FLUORESCENCEMEASUREMENTS,SINGLECRYSTALXRAYDIFFRACTIONSINGLECRYSTALXRA

6、YDIFFRACTIONSHOWEDTHATTHEMAGNESIUMCOMPLEXCRYSTALBELONGSTOP63/MMCSPACEGROUP,UNITCELLPARAMETERSA14018111，B14018111，C17908915，90，90，120，Z2，V3047743，F0001505，R103787,WR205057。【KEYWORDS】METALORGANICFRAMEWORKMGBASEDCOMPLEXSYNTHESESCRYSTALSTRUCTUREIII目录1引言111金属有机框架材料的研究进展112轻质镁基金属有机框架的研究意义313影响金属有机框架储氢性能因素

7、52实验部分621实验原料622实验仪器623晶体合成63实验结果与讨论831ME2NH22MG3ONH2BDC3H2O39H2O结构分析832ME2NH22MG3ONH2BDC3H2O39H2O的红外光谱分析1133ME2NH22MG3ONH2BDC3H2O39H2O的荧光分析124结论与展望1341小结1342展望135参考文献146致谢16附表117附表21741引言11金属有机框架材料的研究进展金属有机框架材料（MOFS）多孔材料，又称金属有机络合聚合物，是利用有机配体和金属离子键的金属配体络合作用而自组装形成的超分子微孔网络结构材料。这种多孔框架晶体材料可以通过不同金属离子和各种刚性

8、桥连有机配体进行络合，设计与合成出不同孔径的金属有机框架，从而使得MOFS的结构变化无穷，并且可以在有机配体上带上诸如MG，OC5H11、NH2等一些功能性修饰基团，使这种MOFS微孔聚合物可以根据催化反应或吸附等性能的需要而功能化。由于MOFS在孔结构和孔表面上的独特性和功能化，加之近年来MOFS在稳定性方面的显著改善，使其在催化、分裂、气体储存、医学诊断等众多领域都用于诱人的应用前景，引起了众多研究者的极大兴趣，从而使得设计与合成不同孔径的MOFS迅速发展起来1。MOFS晶体内部的相互作用可分为四种只有配位键CB；配位键和氢键HB；配位键和其它的相互作用，如金属与金属键MB、键PP、CH一

9、HP相互作用；配位键和混合的相互作用，如HBPP,HBMB或MBPP。随着配位键的增多，骨架结构的稳定性增强。通过这发展的主要方向2。金属有机骨架化合物MOFS是由含氧、氮等的多齿有机配体大多是芳香多酸或多碱与过渡金属离子自组装而成的配位聚合物。在20世纪60年代中期,TOMIC3报道的新型固体材料即可看作是MOFS的雏形。在接下来的几十年里,科学家对MOFS的研究主要致力于提高以及改善热力学稳定性和材料的孔隙率,而在实际应用方面并没有做出大的突破。直至20世纪90年代,以新型阳离子、阴离子及中性配体形成的孔隙率高、孔结构可控、比表面积大、化学性质稳定、制备过程简单的MOFS材料才被大量合成出

10、来4。其中,金属阳离子在MOFS框架中的有两个主要作用，其一是作为结点提供骨架的中枢,其二是在中枢中形成分支,进而改善MOFS的物理性质如多孔性和手性。相似孔道的分子筛的比表面积远小于此类材料，而且在去除孔道中的溶剂分子的情况下，仍然能够保持完整的框架结构。因此,MOFS具有许多潜在的特殊性能,在新型功能材料如选择性催化、分子识别、可逆性主客体分子离子交换、超高纯度分离、生物传导材料、光电材料、磁性材料和芯片等新材料开发中显示出诱人的应用前景,给多孔材料科学带来了新的曙光56。金属有机框架以其复杂多变的空间结构和电子结构以及由此产生的光、电、磁等物理化学性质、功能及多方面的应用前景引起了科学家

11、的极大重视。因此，它促进了物理、化学和材料科学三大学科之间的交叉和渗透，成为各国科学家研究的热点和焦点7。最近10来年,MOFS材料的储氢性能才被广泛报道,用作储氢材料的MOFS与通常的MOFS相比最大的特点在于具有更大的比表面积。1999年YAGHI教授带领的课题组于发布了具有储氢功能、由有机酸和锌离子合成的MOFS材料MOF5,并于2003年首次公布了5MOF5的储氢性能测试结果。MOF5的化学单元为ZNO（BDC），它是一种具有立方型微孔结构的金属有机框架材料，BDC为孔洞边围，ZN4O围立方孔的顶点8。由BDC的苯环面的曲线，分围直径14NM的大孔和11NM的小孔，结构如下图图11MO

12、F5结构及大小孔洞结构图之后,美国加利福尼亚大学伯克利分校的LONG教授研究组与YAGHI教授课题组合作,共同研究了制备过程及其工艺条件对MOF5的结构和储氢性能的影响9。他们认为,在MOF5的合成过程中,溶解ZN的溶剂和有机配体BDC暴露在气氛或者水溶液中温度的变化与MOF5的结构形成有密切的关系,将ZNNO326H2O与BDC混合后于80E放置10H制得的MOF5为无色的立方晶体结构,而增加反应温度和反应时间得到的材料为黄色的晶体。另外,由于MOF5在去溶剂化处理之前会有有机配体以及溶剂分子填充于材料的孔道结构中,去溶剂化作用的条件如煅烧温度和气氛的选择对材料的性能影响也很大。但是MOF5

13、展现出的储氢能力却不是那么乐观。因此,为了进一步改善MOF5的储氢性能,国内外研究者最近几年主要致力于通过改变MOF5的有机联结体或同时改变MOF5的有机联结体和中心金属离子合成新的、具有类似结构的MOFS类材料IRMOFS和MMOMS,从而使MOFS类储氢材料的储氢性能有了明显的改善10。IRMOFS储氢材料IRMOFS系列配合物具有和MOF5非常相似的配位结构,其金属离子的二级结构单元与MOF5完全相同,区别只在于因联结的有机配体的大小和结构等方面的差异而形成的微孔的形状和大小不同。研究这一系列配合物对于通过调节MOFS材料的微孔结构进一步改善其吸放氢的性能具有重要意义11。YAGHI教授

14、的课题组2004年首次报道了将MOF5中的有机配体BDC分别替换为NDC2,6萘二甲酸、HPDC4,9二羧酸1,2,6,9四氢芘和TMBDC四甲基对苯二甲酸制得的IRMOF8、IRMOF11和IRMOF18于77K的储氢性能。测试结果表明,除IRMOF18的储氢性能比MOF5差以外,IRMOF8和IRMOF11在相同条件下的储氢性能都比MOF5好若折算成每个配合物分子的储氢容量,IRMOF11的吸放氢容量是MOF5的近6两倍。他们认为,这主要是因为IRMOF8和IRMOF11骨架中的有机联结体比MOF5和IRMOF18要大得多,因而使得IRMOF8和IRMOF11对氢分子具有更强的亲合力12。

15、2005年,YAGHI教授的课题组又通过调整MOF5的有机联结体制备了一系列IRMOFS材料,并对其在77K的储氢性能进行了测试和分析。结果表明,从储氢质量百分数来看,IRMOF22的储氢性能比MOF5略差,IRMOF9的储氢性能在压力小于07BAR时明显优于MOF5、在压力大于07BAR时比MOF5略差,其余所有的IRMOFS包括IRMOF3、IRMOF6、IRMOF13和IRMOF20均表现出比MOFS更好的储氢性能,其中IRMOF13的储氢量在77K、1BAR的条件下达到178MGPG,超过了文献报道过的相同条件下IRMOF11的储氢量162MGPG11。若以每个配合物分子的单位储氢量进

16、行比较,YAGHI等制备的所有IRMOFS材料IRMOF2、IRMOF3、IRMOF6、IRMOF9、IRMOF13和IRMOF20的储氢量均高于MOF5。其中,在77K、1BAR的条件下,IRMOF13的储氢量最高,达到10个氢气分子,其次是IRMOF20,达到65个氢气分子,而MOF5的储氢量只有5个氢气分子。他们从结构的角度对上述实验结果进行了解释13。他们认为,有机联结体本身对IRMOFS材料的储氢性能并没有明显的直接影响,真正对氢的吸附起到关键影响作用的是有机联结体分子的连锁效应及其引起的孔直径和孔体积的变化。比如,IRMOF13的有机配体虽然不具有IRMOF20那样长的链结构,但可

17、以通过分子的连锁效应形成高度对称的两分子的自对偶结构,因而使得IRMOF13相对于IRMOF20虽然孔径有所减小,但却重新分布了孔结构,产生了更多的空隙、提高了孔的体积,从而提高了吸氢量。MOF177、MOF74和HKUST1也是典型的IRMOFS材料13。通过同时改变MOF5的金属离子和有机联结体可以得到一系列具有与MOF5类似结构的微孔金属有机配合物MMOMSMICROPOROUSMETALORGANICMATERIALS、和因具有纯度高、结晶度高、成本低、能够大批量生产、结构可控等优点1316,在气体存储尤其是氢的存储方面展示出广阔的应用前景,国内外研究者近年来对其进行了大量的实验改性和

18、理论计算方面的研究工作。金属配位聚合物生成后的性能，和所用金属的种类有着很重要的关系。金属种类的选择不仅影响了聚合物的性能，还影响了聚合物的空间结构。而当采用密度较小的金属材料时，降低了聚合物的密度，进而间接扩大了空间的空隙大小。本课题以硝酸镁为原料，制备镁基金属有机框架材料，从而对较低密度金属生成的聚合物进行研究和探索。12轻质镁基金属有机框架的研究意义随着化石燃料的短缺，人类亟待开发安全、高效的新型能源。氢能，以其清洁、潜在储量大，能量利用率高等条件，可以作为未来生活的理想主流能源。但是氢气具有体积能源密度小，对于成功有效的利用氢能，我们面临了主要的困难是储备和运输。人们尝试用金属氢化物，

19、碳纳米材料等作为氢的潜在储存材料，而近年来，人们渐渐发现微孔金属有机框架材7料具有成为主体氢能储存材料的主要候选人。而近期的研究发现，金属有机材料经过测试，具有较高的荧光性和高氢吸附性1718。镁元素位于第二主族，相对分子质量为243050，原子体积为CM3/MOL1397。2005年，在MIRCEADINCA和JEFFREYRLONG的研究报告中指出，当传统金属有机框架中的过渡金属离子被镁取代而得到的新型MOF材料，镁离子基团进入芳基羧酸桥接框架内，按照合成包含锌离子框架的方法，完成包含逼近。在热的N,N二乙基甲酰胺中，将MGNO326H2O和2,6萘二甲酸混合后，控温105，加热24小时，

20、得到无色块状晶体MG3NDC3DEF4。运用相同原理，使用类似反应物，由ZNNO326H2O的甲醇与DMF混液生成ZN3NDC3CH3OH22DMFH2O。此类新型MOFS材料保持拥有传统孔隙度的同时，框架结构变得更加开放，储氢容量得到了明显改善；此外，此类材料的合成工艺还适用于LI，B3和AL3等其他轻质金属。图12ZN3NDC3CH3OH22DMFH2O的部分晶体结构，显示了单位线性MG3在剔除的DEF分子排列方向的通道沿线。氢原子不予明显标注。2009年，ZHIYONGGUO，GUANGHUALI等人所组成的课题组研究表明，提高MOFS内部对氢的约束力，可以进而提高对氢的吸收。首先，具有

21、非常狭小的孔洞，且空洞大小与氢气分子相仿的框架是可以被构建的。其次，要特别注意创造开放的金属节点，这些节点被证明可以有效的加强储氢MOFS分子间的相互作用。此外，由于多孔的碱土金属，例如LI，MG等具有较强的氢分子的亲和力，因此，使用这种材料是极其吸引人的。事实上，构建框架的多孔的配位轻金属中心，已被证明是非常有利于氢气吸收的。镁基金属有机框架具有非常好的荧光性和吸附氢能力，是未来氢能源储存材料的重要发展方向。8图13（A）三核簇镁羧酸结构（B）六角管状通道的网状因此，以镁为配体，制备的轻质镁基金属有机框架以其特有的轻便材质，稳定的多孔结构，选择性气体吸收，内部空间大等优势，将成为了储氢材料热

22、法。这种方法操作简单，产率较高，在反应合成过程中，需要保持一定的压力。在正确控制反应物配比的条件下，可以高效的制备出金属络合物。13影响金属有机框架储氢性能因素在一般情况下的，孔直径不到20的孔洞称为微孔，不到7的孔洞称为超细孔。小孔径中，孔壁分子的势场能量叠加，因此此孔的孔壁与气体分子之间的作用力较大。一般来说理想的孔径是与所要吸收的气体分子的范德华半径相接近，此时它们之间存在最大的作用力，并与孔的形状无关。为了增加MOFS的储氢量，可以通过调整孔径的大小来实现，减小孔径，可以改善高氢分子与孔壁之间的作用力。但是，不能太小，否则，每个孔只能容纳1个分子，吸氢量反而大大下降；也不能太大，否则孔

23、壁与气体分子之间的相互作用会削弱，孔洞内将有部分体积空着，导致容量密度减小。还需注意的是，减小孔径的过程一般会伴随着减小多孔材料的表面积。因此，一般需要合成具有合适孔径大小、并且不降低表面积的MOFS19。对于如沸石、碳基材料的一般多孔材料来说，气体吸附量与比表面积是成正比的。不过，这种现行关系不存在于MOFS中，其原因是MOFS具有远大于沸石、碳基材料等的比表面积（大于1000M2/G）。当其比表面积达到1000M2/G时，气体吸附量与比表面积之间的线性关系就不存在了。一般来说，比表面积越大的MOFS，其饱和吸氢量也就越大。对于每个MOF来说，达到饱和吸氢量时所需要的压力是相同的，这与吸收热

24、有关。等量吸附热（QST）是基于CLAUSIUSCLAPEYRON方程的一个微分量，由于推导应用了等量不变的条件，被称为等量吸附热。它与氢分子的吸收热量有关，可以认为是评价多孔材料中吸附质9与吸附剂之间作用力的一个方法。QST可以通过不同温度下的气体等温吸附曲线计算，其大小随吸氢量的增加而减小。基于BET理论，气体分子在吸附集中的过程是逐层的，第一层由气体分子与吸附剂之间的作用力决定，第二层或更深层，则依靠类似于吸附质蒸气的潜热决定随。随着吸氢量逐步增加，吸附也从单层转为多层19。MOFS材料的密度对气体吸附量也有着重要影响20。当框架材料密度较大时，重量储存气体量就会变小。因此，若想高效的进

25、行气体储存，我们要发展以轻质金属离子为中心，具有较小密度的MOFS材料21。2实验部分21实验原料药品分子式分子量纯度生产厂家2氨基对苯二甲酸C8H7O4N18114ARALFA试剂公司二甲基甲酰胺C3H7NO7310AR国药集团化学试剂有限公司无水甲醇CH4O3204AR国药集团化学试剂有限公司三乙胺C6H15N10119AR国药集团化学试剂有限公司六水硝酸镁MGNO326H2O25641AR国药集团化学试剂有限公司22实验器材仪器名称规格型号可获得信息傅立叶变换红外光谱仪FTIR8900型分析晶体成分粉末X射线衍射仪RIGAKUD/MAX1200晶型，结构参数电子天平JY2001重量10扫

26、描电子显微镜JSM5600LV型微观形貌比表面积及孔径分布测试仪JWK型比表面积，孔隙率红外光谱测试基础采用KBR压片方法，日本岛津FTIR8900型傅立叶变换红外光谱仪。分辨率4CM1，波数范围4000CM1400CM1。荧光光谱测试基础普通荧光光谱采用SHIMADZURF540日本产测定，在常温下用HRG590氮分子激光器和SPEX1403双光栅单色仪测定配合物5D07FJJ04的发射光谱。单晶X射线衍射分析基础应用RIGAKURAXISRAPID单晶衍射仪，采用石墨单色化的MOK071073,在293K下收集晶体的衍射数据。23晶体合成本课题共做10组实验，保持温度为100，改变反应中反

27、应物量、反应物比例、反应溶剂、溶剂中PH值、反应时间等条件进行改变，并加以总结，得到具有较高产率的合成方法。标号反应物溶剂比例时间/天产物1MGNO226H2O/C8H7O4NDMF113棕色晶体2MGNO226H2O/C8H7O4NDMF1153棕色晶体3MGNO226H2O/C8H7O4NH2O113黄色沉淀4MGNO226H2O/C8H7O4NH2O1153黄色沉淀5MGNO226H2O/C8H7O4NDMF113棕色晶体6MGNO226H2O/C8H7O4NDMF/三乙胺113乳白色沉淀7MGNO226H2O/C8H7O4NDMF114棕色晶体8MGNO226H2O/C8H7O4NDM

28、F115棕色晶体9MGNO226H2O/C8H7O4NDMF113棕色晶体10MGNO226H2O/C8H7O4NDMF/甲醇113棕色晶体10组实验，在上述反应物与比例进行操作与反应，过程大体相似，分别通过改变若干反应影响条件，进而探究反应最佳方案。11以实验9为例，实验步骤如下1称取（05MMOL，0128G）六水硝酸镁，05MMOL,00905G2氨基对苯二甲酸，20ML3G的二甲基甲酰胺DMF，混合放入反应釜中；2在反应釜中加入磁石，放在恒温加热磁力搅拌器，搅拌20MIN；3检查反应釜中反应物是否溶解，若未溶解，继续搅拌；若完全溶解，取出磁石，正确组装反应釜，将组装好的反应釜放入烤箱中

29、，调整并控温100摄氏度，加热；4按计划时间取出反应釜，待冷却后，收取生成晶体及剩余液体；5用DMF试剂反复洗涤产物，自然风干后，称重02545G。（产率为68）探究晶体生成反应的最佳方案。反应方程式如下，123实验结果与讨论实验结果，在进行的110号，10组实验中，1、5、7、8、9号实验，成功合成出目标晶体，棕色晶体；2号实验采用不同的反应物配比，实验结果为生成棕色晶体，产物结构与其他成功实验相同；3、4号实验，由于采取水做溶剂，反应物在反应釜中并未发生反应，结果为沉淀；6号实验加入23滴三乙胺，生成乳白色沉淀，推断为三乙胺参与反应，导致目标的两个反应物并未发生反应；10号实验加入了23滴

30、甲醇，反应结果为生成棕色晶体，分析得到产物结构和其他实验相同。31ME2NH22MG3ONH2BDC3H2O39H2O的单晶X射线结构分析在偏光显微镜下选取大小合适的晶体，用环氧树脂将其固定在玻璃丝顶端，然后在RAXISRAPID衍射仪上测定晶孢参数。293K温度下，在3693320范围内收集，经最小二乘法修正确定晶胞参数。由衍射的系统消光规律确定晶体的空间群为六方晶系，晶体结构由直接法和差值FOURIER法合成解出，并进行全矩阵最小二乘修正，除水分子外的所有氢原子由理论加入所有计算使用SHELX97程序进行，有关主要结晶学数据、晶胞参数测定、衍射点收集及结构测定等内容详列在表1中，表一ME2

31、NH22MG3ONH2BDC3H2O39H2O的晶体学数据化学式C22H61MG3N5O25分子量74854TK2932波长071073A晶系，空间群六方晶系，P63/MMC晶胞信息A1401811190B1401811190C17908915120V3263359密度MG/M3304774吸收系数MM10322F0001505晶体尺寸MM022X020X018数据采集范围DEG369320限制指数19H19,20K21,26L26反射收集53591/2162RINT03404完整性274597513精化方法FULLMATRIXLEASTSQUARESONF2数据/限制/参数2162/0/66

32、GOOF1276最终偏离因子R,WRR102009,WR204289R因子全部所有数据R103787,WR205057MAX,MINE30887，0731镁基金属有机框架，由于镁作为一种轻质金属，以其合成的框架材料具有较低的密度，这样就带给框架更大的空间空隙结构。图一为一个由3个MG原子所组成的三核簇，每个MG原子为六配位结构，与4个氨基上的O原子，H2O上的氧原子，以及中心的氧原子相配位。此类三核簇向外延伸，会形成一个三角双锥形状的孔洞结构如图二。该化合物晶体在配体的连接下向四周扩展，形成了3D的立体结构。而所形成的每个3D结构中，沿C轴观察，可以看到一个六边形孔洞如图三，配体中的氨基会构成

33、孔洞结构的内壁。这个孔洞同传统金属有机框架材料相比，具有空间结构大，孔隙度大小稳定均匀，比表面积大等优点，这些条件也使其对气体的吸附饱和度变得相对较大。图31单个晶体结构图32框架空洞结构14图333D立体结构图343D立体结构根据上图，我们可以看到，该MOF材料存在MGO键，OMGO键等，根据表二可知，MGO键的键长变化区间为19894210811；OMGO键的键长与键角变化区间为865117180；OMGMG键的键长与键角变化区间为3001500121。表二镁基化合物ME2NH22MG3ONH2BDC3H2O39H2O键长键角MG1O119894MG1O2120414MG1O220424M

34、G1O2220414MG1O2320424MG1O3210811MG1MG1434467MG1MG1534467O1MG1419894O1MG1519894O2C112606C1O2612616C1C2152010C2C313619C2C3613609C3N11263C3C37137613N2C41605O1MG1O21934917O1MG1O2934817O21MG1O217303O1MG1O22934917O21MG1O229243O2MG1O228723O1MG1O239348117O21MG1O238723O2MG1O239243O22MG1O2317303O1MG1O31800O21

35、MG1O386521715O2MG1O3865117O22MG1O3865217O23MG1O3865117O23MG1MG14300O21MG1MG14730217O1MG1MG151134117O22MG1MG14730217O23MG1MG141134117O3MG1MG141500121O1MG1MG15300O21MG1MG151134217O2MG1MG15730117O22MG1MG151134217O23MG1MG15730117O3MG1MG151500MG14MG1MG15600MG1O1MG141200MG1O1MG151200001MG14O1MG151200C1O2M

36、G113314O26C1O212677O26C1C21664O2C1C211674C3C2C3611668C3C2C112164C36C2C112174N1C3C2123214N1C3C37115113C2C3C3712174_SYMMETRYTRANSFORMATIONSUSEDTOGENERATEEQUIVALENTATOMS1Y1,X1,Z1/22Y1,X1,Z3X,Y,Z1/24XY1,X1,Z5Y1,XY,Z6X,XY,Z7X2,XY1,Z132ME2NH22MG3ONH2BDC3H2O39H2O的红外光谱分析取少量ME2NH22MG3ONH2BDC3H2O39H2O和适量经干燥处理

37、过的KBR固体一起研成粉末后压片，在4000CM1到400CM1波数范围内，用FTIR8900红外光谱仪记录样品的红外光谱如下图。从红外光谱可知,化合物ME2NH22MG3ONH2BDC3H2O39H2O的主要红外吸收峰所在的波数CM1为3430M，2730M，1600M，1390M，1110M，777M。根据文献推测，不饱和CH的伸缩振动吸收峰出现在3430M附近；2730M附近的吸收峰为NH的伸缩振动引起；1600M附近处的峰显示为苯环；CH在14001300CM1之间形成一系列尖锐的吸收峰；1110M附近为CN伸缩振动吸收峰；777S处强而尖锐的吸收峰为苯环上CH面外弯曲振动。16图35

38、ME2NH22MG3ONH2BDC3H2O39H2O红外分析图33ME2NH22MG3ONH2BDC3H2O39H2O荧光分析我们研究了化合物ME2NH22MG3ONH2BDC3H2O39H2O的发光性质。初步所得的荧光光谱如下图。在激发波长为310NM时，其最大发射波长为415CM。说明化合物C22H61MG3N5O25具有较强的蓝光发射。其发光机理可能为LIGANDMETALCHARGETRANSFERLMCT导致的。可见，化合物C22H61MG3N5O25在发光材料中具有潜在的应用前景。图36ME2NH22MG3ONH2BDC3H2O39H2O荧光分析图174结论和展望41小结1、以六水

39、硝酸镁，2氨基对苯二甲酸与DMF为原料，运用溶剂热方法，以DMF液作为溶剂，控制温度在100，PH为中性条件下，合成了镁基金属有机框架材料，ME2NH22MG3ONH2BDC3H2O39H2O。2、我们对得到的产物，进行红外分析和X射线单晶衍射分析，荧光测试。得到了相关数据。通过对数据的分析，我们得出了以镁为阳离子的金属有机框架具有低密度，高气体饱和吸附度，空间结构稳定等优点。3、通过对反应PH，反应时间，原料比例，溶剂种类等相关条件的改变，得到了合成镁基金属有机框架材料的最佳反应方案。4、合成的镁基金属有机框架材料，ME2NH22MG3ONH2BDC3H2O39H2O，凭借其具有较大空间孔洞

40、结构的优势，我们将其可以发展应用到氢能源的储存上，有效的解决氢能源不易储存，难于运输等状况，是解决当前化石能源匮乏，发展环保能源的重要途径。42展望现今，由于化石燃料及自然资源的大量消耗，对于开发用以代替传统能源的高效的新型环保能源能源材料越来越迫切，亟需寻找一种可再生，并且在地球上储量丰富的新型能源材料。氢是宇宙中含量最丰富的元素，是最具有潜力的能量载体。此外，其与氧反应放能的整个过程对环境没有任何危害，是其他燃料所不能比拟的。然而由于H2体积能量密度低，如何能够安全高效的对其进行储存、运输、使用成为了大力发展氢能源的最大障碍。本课题以设计与合成稳定的轻质镁基金属有机框架为目标，并对其结构、

41、性能等方面进行测试和探究。轻质镁基金属有机框架以其特有的轻便材质，稳定的多孔结构，选择性气体吸收，内部空间大等优势，将成为了储氢材料发展的主要方向。18参考文献1周元敬，杨明莉，武凯，鲜学福，金属有机骨架MOFS多孔材料的孔结构调节途径J材料科学与工程学报，200723073122魏文英等，金属有机骨架材料的合成及应用J化学进展,2005年第6期3TOMICEA，THERMALSTABILITYOFCOORDINATIONPOLYMERSJJOURNALOFAPPLIEDPOLYMERSCIENCE,1965,9374537524TKAWAKAMI,STAKAMIZAWA,YKITAGAWAE

42、TALTHEORETICALSTUDIESOFSPINARRANGEMENTOFADSORBEDORGANICRADICALSINMETALORGANICNANOPOROUSCAVITYJPOLYHEDRON,2001,20119712065傅向军，廖家轩，镁基储氢材料的研究进展C电子科技大学电子科学技术研究院第四届学术会议论文集，2372396ROSINL,ECKERTJ,EDDAOUDIM,ETALHYDROGENSTORAGEINMICROPOROUSMETALORGANICFRAMEWORKSJSCIENCE,2003,300112711297杨勇等，微孔配位聚合物作为新型储氢材料的研

43、究J化学进展，2006年5期8ARMILLWARD,OMYAGHI,METALORGANICFRAMEWORKSWITHEXCEPTIONALLYHIGHCAPACITYFORSTORAGEOFCARBONDIOXIDEATROOMTEMPERATUREJJAMCHEMSOC,2005,127,17998179999JLCROWSELL,OMYAGHI,METALORGANICFRAMEWORKSANEWCLASSOFPOROUSMATERIALSJMICROPOROUSMESOPOROUSMATER,2004,73,31410HLI,MEDDAOUDI,MOKEEFFE,OMYAGHI,DE

44、SIGNANDSYNTHESISOFANEXCEPTIONALLYSTABLEANDHIGHLYPOROUSMETALORGANICFRAMEWORKJNATURE,1999,402,27627911YAGHIOM，OKEEFFEM,OCKWIGNW,ETALRETICULARSYNTHESISANDTHEDESIGNOFNEWMATERIALSJNATURE,2003，42370571412ROWSELLJLC,MILLWARDAR,YAGHIOM,ETALHYDROGENSORPTIONINFUNCTIONALIZEDMETALORGANICFRAMEWORKSJJOURNALOFAMER

45、ICANCHEMISTRYSOCIETY,2004,1265666566713ROWSELLJLC,YAGHIOMEFFECTSOFFUNCTIONALIZATION,CATENATION,ANDVARIATIONOFTHEMETALOXIDEANDORGANICLINKINGUNITSONTHELOWPRESSUREHYDROGENADSORPTIONPROPERTIESOFMETALORGANICFRAMEWORKSJJOURNALOFAMERICANCHEMISTRYSOCIETY,2006,1281304131514SEOJS,WHANGD，LEEH，ETALAHOMOCHIRALME

46、TALORGANICPOROUSMATERIALFORENANTIOSELECTIVESEPARATIONANDCATALYSISJNATURE，2000，40498298615WANGQM，SHEND，BULOWMMETALLOORGANICMOLECULARSIEVEFORGASSEPARATIONANDPURIFCATIONJMICROPOROUSANDMESOPOROUSMATERIALS，2002，5521723016DLI,KANEKOHYDROGENBONDREGULATEDMICROPOROUSNATUREOFCOPPERCOMPLEXASSEMBLEDMICROCRYSTAL

47、SJCHEMICALPHYSICSLETTERS,2001,33550561917MIRCEADINCA,JEFFREYRLONG,STRONGH2BINDINGANDSELECTIVEGASADSORPTIONWITHINTHEMICROPOROUSCOORDINATIONSOLIDMG3O2CC10H6CO23JJAMCHEMSOC,2005,127,9376937718ZHIYONGGUO,GUANGHUALI,LIANGZHOU,SHENQQUNSU,YONGQIANLEI,SONGDANG,HONGJIEZHANG,MAGNESIUMBASED3DMETALORGANICFRAMEW

48、ORKEXHIBITINGHYDROGENSORPTIONHYSTERESISJINORGCHEM,2009,48,8069807119郑倩，徐绘，崔元靖，钱国栋，有机金属框架MOFS储氢材料研究进展J材料导报，2008年第22卷第11期10611020WCHEN,CHIASHIANGLIN,SHIANGYINGCHEN,ETALHYDROTHERMALSYNTHESESANDCRYSTALSTRUCTURESOFNIII,COII,ANDCUII,BISINTERPENETRATIONNETWORKSJJOURNALOFSOLIDSTATECHEMISTRY,2002,111812121尚福亮等，多孔吸附储氢材料研究进展J化工时刊，20063