金属有机聚合物骨架有序孔材料的可控制备与储氢性能研究

项目以高储氢密度多孔材料制备为目标，开展结构稳定、选择性高的轻质金属有机聚合物骨架（MPFs）有序孔材料研究。利用分子模拟技术，研究筛选高吸氢活性金属离子和由C、H、O、N等轻元素构成的活性可聚合配位单体；通过络合反应，实现配合物大分子簇结构的有序组装，制备金属有机骨架（MOFs）材料；以MOFs为预聚体，利用共轭有机聚合物、共价有机网络、微孔聚合物材料制备技术，通过配位单体间的原位聚合反应，形成三维交联刚性结构，制备出密度低、结构有序、物理和化学性质稳定的MPFs材料。研究不同金属离子、活性配位单体对大分子簇结构的有序组装、原位聚合、结构修饰的影响规律；探索有序孔结构、界面特性、结构稳定性对吸氢性能的影响规律；研究高温低压(温度>77K和压力<7MPa)条件对氢气物理吸脱附规律，探索新型MPFs在温和条件下储氢的技术途径和机理。项目研究将为氢能应用发展提供核心支撑。

项目以高储氢密度多孔材料制备为目标，开展结构稳定、选择性高的轻质金属有机聚合物骨架（MPFs）有序孔材料研究。主要开展了：1) MPFs有序孔材料储氢性能的理论计算与结构设计，重点对MPFs的前驱体MOFs的配体类型、结构控制和不同气体扩散速率的进行了数值模拟研究；重点开展了二异氰酸酯三聚体为MPFs的主要合成单体的研究，研究了不同类型二异氰酸酯三聚反应的分子模拟与反应动力学。2) 研究了含活性基团的高分子单体配体的合成与MPFs的制备和影响因素；开展了不同金属掺杂有序孔碳基骨架材料（CFS）的制备与研究；研究了金属/聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）微球骨架多孔材料的制备和结构控制规律；研究了金属聚合物骨架多孔材料的制备、结构与性能；研究系列不同类型配体的新型MOFs的制备与表征；研究了高热稳定性含锆金属MOFs（UIO-66）的控制合成与性能，在UIO-66的控制合成、结构稳定性及储氢性能研究的基础上，重点探索了9,10-蒽二羧酸为配体锆金属有机骨架材料合成及储氢性能；研究了多因素变化对骨架有序孔材料结构和储氢性能的影响。3）研究了4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯三聚体（Tri-MDI）基多孔聚合物骨架材料（MPFs）的制备与性能；主要研究了MDI三聚体与对苯二胺反应体系MPF的合成与性能；以及MDI三聚体与三聚氰胺反应体系MPF的合成与性能。4）探索了研究了新型高交联聚合物氯化聚丙烯-聚乙二胺（CPP-PEI）的合成与储氢性能；研究了多因素变化对有机多孔骨架材料结构和储氢性能的影响。5）项目组也拓展研究了负载金属镍碳分子筛的制备与性能，可控微孔体积碳分子筛微球的合成及其储氢性能和PMMA-ZnS复合结构微球的制备与表征。6) 研究购建了一套高精度的氢吸附和性能测试装置。项目期在国内外学术期刊发表相关论文20篇，其中SCI（EI）收录论文14篇；申请发明专利2项，已进入实审；相关应用技术成果获省部级科技进步奖3项；毕业硕士研究生7名；晋升教授2人，研究团队获省教育厅立项，项目团队在MPFs储氢材料研究的科研水平和创新能力得到明显提高。