无机微孔晶体的设计合成与储能性能研究

世界正将面临能源枯竭的状况,许多国家都在加紧部署、实施能源战略，特别是氢能战略。储能材料是新能源系统实现的关键。无机微孔晶体材料，尤其是金属有机骨架材料是新型的孔材料，在储氢（甲烷）吸附表现出优异的性能，已经引起了全世界的关注。本项目拟在以前大量的研究工作基础上，利用金属有机骨架材料的易设计性，通过设计合成具有多头含氮和羧基的有机配体作为有机构筑单元，辅以各种合成条件如：选择适当的模板剂，调节溶液酸碱性，采用水热合成、溶剂热合成、室温扩散等多种合成方法，以稀土金属或过渡金属离子或氧簇作为无机构筑单元，构筑无机微孔晶体材料；以及只用有机单元构筑有机骨架材料。本课题组以优秀的储氢（甲烷）性能为主要目标，一方面摸索设计合成具有优秀储氢，甲烷性能的材料的合成规律，更大程度上实现设计合成孔材料，一方面探索结构与储能性能之间的关系，寻找影响材料储能性能的主要因素，并对该类材料储氢的机理的初步研究。

目前，环境恶化和气候变化已经严重影响着我们的日常生活。日益减少的化石燃料依然是最主要的供能资源，同时也造成了环境的污染。清洁、高效的氢能可以满足人类的需求。此外，由二氧化碳带来的温室效应所引起的全球变暖的环境问题引起了各国的广泛关注。因此，开发具有良好氢气储存和二氧化碳捕获性能的材料逐渐成为各国研究的热点。本项目以功能为导向，制备具有高比表面积、可调孔径、以及特殊吸附性质的多孔材料用于气体储存研究。研究主要内容包括：1、以金属网、陶瓷片、陶瓷管为基底，利用二次生长法制备了高质量的分子筛、金属有机骨架材料膜。该器件在二元气体中的分离表现出良好的性能，提供了一种高效的气体纯化的方法，大大降低了气体过程中的能耗；2、通过设计、合成不同类型的有机配体与无机金属簇组装了一系列金属有机骨架化合物（MOFs），详细研究了材料的气体吸附性能；3、以理论计算模拟和拓扑分析为指导，设计、筛选合适的构筑基块，利用高效的聚合反应制备了一系列多孔芳香骨架材料（PAFs）。其中具有高稳定性的PAF-1的Langmuir比表面积达到7100 m2/g，创造了当时多孔材料的比表面积记录。这些PAFs材料对氢气、二氧化碳等展现了良好的吸附性能。