极性基团修饰的唑基MOFs构筑及对CO2吸附的原位量热研究

Based on the urgent practical needs for removal and recovery of CO2 from the exhaust gas, this project intends to construct water resistance azolate-based MOFs decorated with heteroatom-containing polar functional groups for high capacity CO2 selective adsorption. According to the test results of structure characterization and in-situ calormetric technology on CO2 selective adsorption, the research of acid-base interaction, electrostatic interaction and confinement effect between pore surface with functionalization of MOFs and CO2 molecular will contribute to construct the relationship among preparation, structure and properties, and adjust synthesis of materials to improve the adsorption and separation performance of CO2.

基于从废气中脱除回收CO2的迫切现实需求，本项目拟通过将含氮和其他杂原子极性有机基团修饰于唑基MOFs框架孔道表面，构筑具有高容量、高选择性CO2吸附的耐水MOFs材料。以结构表征和CO2选择性吸附的原位量热技术为基础，探究阐明含氮基团和杂原子极性有机基团在MOFs孔道内与CO2分子之间所存在的酸碱相互作用和静电相互作用，以及有机基团空间占据所造成的限域效应，进行材料合成、结构和性质的整体关联，实现材料制备的合理调控并提升其CO2的吸附分离性能。

针对燃烧废气中 CO2 的捕集与封存技术要求，MOFs 作为极具潜力的吸附材料，其常温低压下的CO2 吸附分离性能尚需进一步提高，且通过测量材料的基本热力学参数，为之后的实际应用奠定基础。基于上述认识，本项目主要开展了如下三方面的工作：（1）通过后合成修饰方法合成了铬基金属有机骨架材料MIL-101负载含氮小分子N,N’-二甲基乙二胺的复合材料，借助于胺基对二氧化碳的特异性亲和力，显著提高了其常温低压下的CO2吸附分离性能；（2）以前躯体-二次溶剂热反应两步法制备出一种有别于CuBTC八面体晶体形貌的六棱柱型羧基化石墨烯-CuBTC复合材料，提出了羧基化石墨烯在MOFs晶体生长过程中作为结构导向剂和有机配体连接体双重角色的形貌控制机理，为优化MOFs材料的吸附分离性能提供了一种有效的手段；（3）选取了含有铬、锌、锆三种金属离子的代表性MOFs材料MIL-101、ZIF-8和CAU-1为研究对象，利用温度调制差示扫描量热技术测定了上述材料在不同温度区间的摩尔热熔，以此计算了不同温度下的熵和焓，为材料走向实际应用积累了基础的热力学数据。上述工作对于进行MOFs材料合成、结构和性质的整体关联，实现材料制备的合理调控并提升其CO2吸附分离性能具有重要的指导意义。