比表面积和孔径对MOFs储氢材料吸附热力学影响的原位量热

Porous metal-organic frameworks (MOFs) with exhibit excellent property of adsorption are of interest for potential applications in environmental protection, storage media for hydrogen and separation. At present, most studies in this field focus on the improvement of synthetic methods and sorptive capacity, and barely on exploration of mechanism and effect rule of specific surface area and pore size to the gas phase adsorption thermodynamics, which cannot reveal the innate character of this hydrogen storage material. This proposal is expected that: at first, strictly derived relation for this material of chemical potential, general thermodynamics expression to Gibbs free energy, thermodynamic function, specific surface area and pore size; then, measure the sorption data (specific surface area and pore size) via BET and obtain calorimetry curve of material for hydrogen adsorption via in-situ calorimetry to get adsorption heat, free enthalpy change, entropy change and entropy of adsorbed phase; last, reveal the effect law and mechanism for thermodynamics of hydrogen adsorption from specific surface area and pore size and preliminary found thermodynamic theory for hydrogen adsorption of this material via analyzing the theoretical formula and experimental result. The implementation of this project should rich and develop the thermodynamic theory of adsorption and establish thermodynamic basis for reseach of related disciplines.

多孔金属-有机骨架(MOFs)材料具有优异的吸附性能，在环境保护、储氢、分离等领域有广泛应用前景。目前，大多数研究只注重该类材料制备方法的改进和气体吸附量提高，缺乏对其比表面积和孔径与气相吸附热力学影响规律和机理的探索，没有揭示其做为储氢材料吸附性能的本质。申请者拟先严密推导出储氢材料化学势、吸附吉布斯能的一般热力学表达式、热力学量与比表面积、孔径之间的热力学关系式；在合成具有明显比表面积和孔径变化规律的系列MOFs材料后，测定其比表面积、孔径及氢气吸附量，同时采用原位量热法获得材料吸附氢气的量热曲线，计算得到吸附热、吸附平衡常数、吸附吉布斯自由能和吸附熵；最后，通过理论公式与实验结果的关联与分析，揭示材料比表面积和孔径对吸附氢气热力学的影响规律和机理，初步建立该类储氢材料吸附氢气的热力学理论。研究结果对于丰富和发展吸附热力学理论有科学意义，对该相关学科的研究提供热力学依据。

多孔金属-有机骨架材料具有优异的吸附和分离性能，在环境保护、储氢、分离等领域有广泛应用前景。目前，大多数研究只注重该类材料制备方法的改进和气体吸附量提高，缺乏对其比表面积和孔径与气相吸附和分离热力学影响规律和机理的探索，没有揭示其做为储氢材料吸附性能的本质。项目在优选合适有机配体和金属离子的基础上，合成具有特定比表面积和孔径的MOFs材料。对合成材料的结构、组成和孔结构特征等进行了基本表征，同时也测定合成材料对小分子气体的吸附和分离性能；在基本(结构、组成和孔结构)表征和对小分子气体吸附和分离性能探索研究的基础上，获得相关表征数据、结果并优选系列具有特定比表面积和孔径的多孔金属-有机骨架材料。测定已优选系列多孔金属-有机骨架材料对氢气的吸附量及吸附氢气的量热曲线，计算得到吸附热、吸附平衡常数、吸附吉布斯自由能和吸附熵。推导出储氢材料化学势、吸附吉布斯能的一般热力学表达式、热力学量与比表面积、孔径之间的热力学关系式；最后，通过理论公 式与实验结果的关联与分析，揭示材料比表面积和孔径对吸附氢气热力学的影响规律和机理， 初步建立该类储氢材料吸附氢气的热力学理论。该项目的相关研究结果对于丰富和发展结构化学、材料化学及吸附热力学理论有科学意义，对该相关学科的研究提供材料构-效关系和热力学依据。