纳米聚集态金属有机骨架材料的可控制备及形成机理的研究

Synthesis of Nanosized Metal-organic frameworks(NMOFs) materials has important research value for in-depth understanding of the theory of crystallization, the development of new synthetic routes, methods and technologies and the development of the material new applications. Therefore, the preparation of NMOFs has attracted great attention. In recent years, some strategies including the solvent-induced precipitation,microemulsion, microwave and ultrasound method were used for the preparation of metal organic framework nanocrystalline. due to the lack of universal application, high energy consumption, high production costs and the difficulty of purification, those method have been shelved.In this project, though studying the type and amount of modulator，the solubility and polarity of the solvent and the pH of the solution, the coordination modulation method are used to prepare the size, morphology and structure controlled nano-aggregation of metal organic framework materials, and the mechanism of modulator and the theory of crystallization are revealed. In addition, following the successful construction of the nanocrystals, continuous metal organic framework membrane are obtained by seeding method and surface-induced growth method; furthermore, gas separation studies are investigated on the MOF membrane.This project will not only provide a new way for the preparation of nanosized metal-organic framework material, but also to broaden the scope of application of theose special gathering type of metal-organic framework materials, which has important academic significance.

纳米聚集态金属有机骨架材料的合成对深入理解该材料晶化理论知识、开发该材料新的合成路线和方法等方面有重要科学意义和研究价值。因而近几年来，这方面的研究受到广泛关注，一些方法包括溶剂诱导沉淀法、微乳液法、微波法和超声法被用来合成金属有机骨架纳米晶，但这些方法因缺乏广泛应用性、合成能耗高、生产成本高以及提纯难度大等劣势而被搁浅。针对以上问题，本项目利用调制协同法，通过调变调制剂类型和用量、溶剂溶解性和极性、溶液酸碱性等因素设计制备尺寸、形貌和结构都可控的纳米聚集态金属有机骨架材料，并揭示调制剂的作用机制和晶体生长机理。此外，在纳米晶的合成基础上，利用晶种成膜法和诱导生长法制备连续致密的金属有机骨架膜，并探索膜在气体分离方面的应用。本项目不仅为纳米聚集态金属有机骨架材料的制备提供了一条崭新的途径，而且拓宽了特殊聚集态金属有机骨架材料的应用范围，有重要的学术意义。

纳米聚集态金属有机骨架材料的合成对深入理解该材料晶化理论知识、开发该材料新的合成路线和方法等方面有重要科学意义和研究价值。因而近几年来，这方面的研究受到广泛关注，一些方法包括溶剂诱导沉淀法、微乳液法、微波法和超声法被用来合成金属有机骨架纳米晶，但这些方法因缺乏广泛应用性、合成能耗高、生产成本高以及提纯难度大等劣势而被搁浅。针对以上问题，该项目利用诱导协同法制备纳米尺寸的金属有机骨架材料，并将该方法拓宽到HKUST-1、IR-MOFs、ZIFs、和Ln-MOFs等金属有机骨架材料，可以精确控制晶体的尺寸和形貌，并且研究了晶体的生长过程，阐明调制协同法合成纳米型态金属有机骨架材料的作用机理和调制剂的作用机制，为该方法能进一步应用到其它金属有机骨架纳米晶的合成提供了理论依据。此外，在纳米晶的合成基础上，利用晶种成膜法和诱导生长法制备连续致密的金属有机骨架膜，并探索膜在催化、传感、荧光、介电材料和气体分离等方面的应用。主要研究内容如下：第一、空心球状的ZIF-67纳米晶和薄膜的制备以及在电化学检测上面的应用，经煅烧得到四氧化三钴用于电极修饰，对双氧水有极高的选择性、低的检测极限和很短的响应时间，该研究在开发金属有机骨架材料在电化学传感检测方面的应用提供了基础数据和参考价值；第二、HKUST-1纳米晶和多孔状晶体的制备以及催化性能的研究，利用调制剂的类型和用量得到了不同尺寸和形貌的HKUST-1晶体，并系统研究了不同形貌和尺寸的金属有机骨架材料的催化性能，该研究对于阐明调制协同法的本质和调制剂的作用机制有重要的研究意义；第三、利用改进的调制协同法制备出均一的IR-MOFs纳米晶并制备出连续致密的IR-MOFs薄膜，研究显示，金属有机骨架材料是很好的介电材料，该研究对于开发金属有机骨架材料在介电材料方面的应用有重要的参考价值；第四、开发了绿色调制协同法制备稀土金属有机骨架材料，能有效控制其形貌和尺寸，并用于检测溶剂小分子和重金属离子，该研究对于开发金属有机骨架材料的绿色合成技术以及拓展金属有机骨架材料的应用领域有重要的参考价值。本项目不仅为纳米聚集态金属有机骨架材料的制备提供了一条崭新的途径，而且拓宽了特殊聚集态金属有机骨架材料的应用范围，有重要的学术意义。