MOF开题报告.docx
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MOF开题报告.docx
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MOF开题报告
MOF开题报告
附:
研究生学位论文开题报告表格格式
南京工业大学
研究生学位论文
开题报告
学号:
651081704001
研究生姓名:
秦涛
导师:
朱敦如
研究方向:
功能分子材料
论文题目:
吡啶羧酸MOFs材料的合成及性质研究
学院:
化工学院
入学时间:
2015年9月8日
开题时间:
2016年7月1日
2016年
6月
28日
填报说明
一、开题报告中必须采用计算机输入和打印。
二、开题报告为A4大小,于左侧装订成册。
三、开题报告要求摘要
开题报告的内容应包括:
1、课题的研究意义、国内外现状;
2、与本课题有关的工作积累和已有的研究工作成绩;
3、指出课题难点和拟解决的关键问题;拟采取的研究方法、技术线路、试验方案及其可行性。
4、计划进度和预期成果;
四、开题报告一式二份,研究生和学院各存档一份。
一、立论依据
课题来源、选题依据和背景情况、课题研究目的或工程应用价值
自1999年Yaghi开创了金属有机骨架(MOFs)材料以来,MOFs材料一直是各国科学家研究的热点,因其在气体储存、分离和催化等方面具有潜在的应用价值。
吡啶羧酸类化合物既含有氮杂环又有羧基官能团,是典型的多功能配体,可以与不同的金属离子组装成结构新颖的多孔MOFs材料。
最常见吡啶羧酸类配体是烟酸、异烟酸及其衍生物。
国外对吡啶羧酸MOFs的研究工作开展得较早,2002年,Babb课题组发表了以异烟酸为主配体构筑的MOF材料[Cu(IN)2].2H2O,这是首例用吡啶羧酸为配体得到的MOF材料。
该MOF在包含客体分子后体积膨胀率大于8%,且其结构在大于300oC时才发生破坏,表现出较高的热稳定性和体积膨胀率。
在此基础上,James课题组于2006年用无溶剂法合成了[Cu(IN)2],这为大量生产该MOF提供了工业化途径。
之后,开发了扩展型的吡啶羧酸类配体如4-(4'-吡啶基)苯甲酸(pybenH)。
相比于异烟酸,pybenH配体长度更大,在构筑MOFs时会有更大的孔道和比表面。
它与过渡金属、稀土金属均可以形成配合物,利用吡啶与羧基配位能力的差异性,可以得到一系列的3d-4f杂金属MOFs材料。
以拟卤素或不同长度的羧酸为辅配体,可以得到各种孔径大小的MOFs材料。
配体上引入硝基可以增强MOFs对CO2的吸附能力和选择性。
本课题拟采用分子自组装的方法合成硝基取代吡啶羧酸MOFs材料,探索该类配体对MOFs孔径大小和吸附性能的影响。
三、研究内容
1、主要研究内容及关键技术
(1)MOFs材料的制备:
MOFs材料是指由有机分子与金属离子自组装成的具有孔道的多维物质(二维2D或三维3D),这一结构上的特点使我们有可能通过选择适当的有机分子及不同的组装方式来制备具有特定功能的宏观物质。
而处于有机、无机交叉点的配合物,由于其组成的复杂性、金属和配体种类的多样性、配位环境的可调性使之成为MOFs材料研究中的一个亮点。
本项目拟选择硝基取代的吡啶羧酸配体和过渡金属离子进行自组装来制备功能化的MOFs:
配体为带有硝基的刚性分子,如:
金属离子主要是第一过渡系或La系离子。
主要理由如下:
①用吡啶羧酸分子作为桥连配体与金属离子进行自组装,由于吡啶与羧基对金属离子配位能力的差异性,可获得结构多样的3D多孔MOFs材料(这已被文献证明)。
而芳环上带有的硝基可以用来改善孔道内的微环境,包括孔道的尺寸和极性,为合成多孔MOFs材料奠定基础。
②含第一过渡金属离子的MOFs材料研究得较多,而含镧系金属离子的MOFs材料的研究相对较少,且镧系金属大多有独特的物理、化学性质,易于使MOFs材料功能化。
③结合第一过渡系金属离子和La系离子各自的优势,合成3d-4f杂金属MOFs材料,赋予MOFs材料性能多样化。
(2)MOFs材料的表征和性质研究:
合成MOFs材料后,将采用多种现代化的分析手段对其结构进行全面的表征。
如用紫外和红外光谱测定其结构和基团信息;用粉末X射线和单晶X射线衍射仪测定MOFs材料的粉末结构和单晶结构信息;用扫描电镜测定其纳米孔道的结构信息等。
用差热/热重分析仪测定MOFs材料的热稳定性和孔道内吸附客体分子的性质;用比表面孔径测定仪测定材料的比表面和孔道大小;用圆二色谱测定手性,研究材料在手性拆分和不对称催化方面的性能。
用吸附仪测定材料对CO2和N2的吸附量,计算材料的吸附分离比;用荧光仪检测MOFs的荧光性质。
从而筛选出具有应用价值的MOFs材料。
2、拟采取的研究方法、技术路线、实施方案及可行性分析
(1)配体的设计合成和表征:
a)配体的设计:
b)配体的合成和表征:
采用多步有机合成法制备配体,用紫外(UV),红外(IR),核磁共振氢谱(1HNMR),质谱(MS)和单晶XRD对其进行全面表征。
(2)MOFs材料的制备和表征:
a)制备:
用上述配体和金属离子进行自组装反应来合成具有2D和3D结构的MOFs材料,路线如下:
M为过渡金属离子或La系金属离子。
b)表征:
用UV,FT-IR,热重分析仪,元素分析仪,粉末X射线衍射仪和单晶X射线衍射仪,扫描电镜等现代大型分析仪器对制备的MOFs材料进行全面的表征。
(3)MOFs材料的性能研究
用差热/热重分析法研究MOFs材料的热稳定性,用真空干燥法结合X射线衍射法研究MOFs材料解脱客体分子后骨架的稳定性,用化学交换法研究MOFs材料在溶液中的稳定性。
用比表面孔径测定仪研究MOFs材料中孔道的大小、比表面和实际可利用的内部空间,测定其对CO2和N2的吸附量及分离比,对于含有荧光性质的MOFs材料,测定其荧光强度及量子产率,并探究影响荧光性质的外部条件。
(4)可行性分析
本课题拟采用的有机合成、无机制备以及自组装等手段来制备MOFs材料,均是文献中已经证明的成熟方法,据此将得到可靠的结果。
所用的DSC/TG、XRD和BET等温线测定研究方法也是前人已采用的行之有效的方法,可望获得有重要价值的结果。
本人从事过该领域的研究工作,已查阅了大量的文献资料,并积累了一定的研究经验,可以顺利开展该课题的研究工作。
3、预期目标
(1)得到十个新的MOFs材料,并研究其荧光、磁性、吸附等性质。
(2)发表1-3篇高质量的SCI论文;参加学术会议两次。
四、研究基础
本人参与了国家自然科学基金面上项目(No.21476115)的研究。
对本课题已积累了一定的研究经验,也取得了一些进展,已发表SCI论文2篇,国内外会议论文3篇,获得“研究生国家奖学金”一次。
[1]TaoQin,JunGong,JunhanMa,XinWang,YonghuaWang,YanXu,XuanShen,DunruZhu*,A3DMOFshowingunprecedentedsolvent-inducedsingle-crystal-to-single-crystaltransformationandexcellentCO2adsorptionselectivityatroomtemperature,Chem.Commun.,2014,50,15886-15889.(SCI-IF:
6.834,被引用9次)
单晶-单晶转变示意图
[2]BinLi,Yong-FeiZhou,Shi-PeiZhang,TaoQin,XuanShen,YanXu,Dun-RuZhu*,Synthesis,crystalstructuresandmagneticpropertiesofthreenewiron(II)complexeswithpyrrolyl-substitutedtriaryltriazoles,J.Coord.Chem.,2016,69,inpress.(SCI-IF:
2.012)
[3]JunhanMa,TaoQin,XinWang,Dun-RuZhu*,VersatiletopologicalMOFsbuiltfromsubstitutedbiphenyldicarboxylicacid,The2015InternationalChemicalCongressofPacificBasinSocieties[Pacifichem2015],P108,Hawaii,2015.12.15-20.
[4]赵杰,王欣,秦涛,沈旋,朱敦如*,羧酸取代二苯甲醇类柔性配体构筑的二个铜配合物,第九届全国无机化学学术会议,南昌,2015年7月25-29日.
[5]秦涛,王欣,赵静,沈旋,朱敦如*,3-硝基-4-(4'-吡啶基)苯甲酸构建的两个新的金属有机骨架,第九届全国无机化学学术会议,P150,南昌,2015年7月25-29日.
本人所在的实验室具有基本化学合成所需要的仪器与设备,能够很好地进行各种有机合成、材料制备和配位化学研究。
对吡啶羧酸MOFs材料的表征所需要的诸如单晶X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计、红外/拉曼光谱仪、核磁共振谱仪、高分辨透射电镜、扫描电镜、差热/热重分析仪、示差扫描量热仪、粉末X射线衍射仪、原子力显微镜、ICP电感耦合等离子体发射光谱仪、气相色谱-质谱联用仪等仪器设备在我校材料化学工程国家重点实验室均有配置,这些测量均可在本校完成,完全具备了开展本课题研究的工作条件。
五、工作计划
序号
阶段及内容
起止时间
阶段成果型式
1
查阅文献
2015.08~2015.09
完成
2
配体的合成
2015.09~2016.03
根据合成路线大量合成配体
3
使用所合成的配体进行MOFs的合成
2016.03~2016.12
通过溶剂热法合成MOFs并得到单晶
4
对所得MOFs进行结构和性质研究
2016.12~2018.04
整理实验数据
5
毕业论文书写
2018.04~2018.06
完成毕业论文的撰写
六、开题报告考评小组成员名单
组成
姓名
职称
所在单位
签章
组长
成
员
七、开题报告的考评项目及得分情况
考评项目
分项
计分
合计
文字报告
1.选题的依据
满分20分
2.选题的创新性
满分15分
3.选题的难度和可行性
满分15分
4.研究工作方案的合理性
满分10分
5.研究工作时间安排的合理性
满分5分
6.预期成果
满分10分
7.开题报告的文字表达、参考文献的引用情况
满分10分
口头报告
8.条理清晰,层次分明
满分5分
9.基本概念清楚、明确选题在学科中的意义
满分5分
10.论证严密、逻辑性强
满分5分
八、考评小组的意见
组长签名:
年月日
九、学位评定分委员会意见
学位评定分委员会主席签字:
年月日
- 配套讲稿:
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- 关 键 词:
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