毕业论文课题相关文献综述

文 献 综 述

1 引言

金属-有机骨架(metal-organic frameworks,MOFs)，也称多孔配位聚合物(porous coordinationpolymers,PCPs)，是由金属离子或簇和有机配体通过配位作用自组装形成的网状骨架结构。由于MOFs所特有的高度发达的孔隙结构，使得它具有超大的比表面。此外，金属元素和有机配体种类以及配位方式的多样性决定了MOFs种类和功能的多样性(如磁性、手性、光学性质和催化作用)。通过对已合成的MOFs进行后修饰，可获得结构、种类及性质功能更为多样的MOFs，为MOFs在各领域的应用提供了更多的可能。^[1,2]沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)是一类具有沸石拓扑结构的新型金属有机骨架材料(MOFs)。ZIFs材料结合了沸石及MOFs这两种材料的优点：高的稳定性以及结构和功能的可调性^[3,4]。因此，ZIFs材料不仅在多孔材料应用领域展现出诱人的前景，并将在更广泛的领域中发挥重要的作用。

2 ZIF-8的合成研究和应用

ZIF-8(SOD-Zn(mlm)₂)是采用二价锌盐和2-甲基咪唑合成的具有沸石SOD拓扑结构材料。ZIF-8首先由陈小明课题组合成并命名MAF-4，而Yaghi研究组论证了其类似与沸石特征的高的热稳定性和化学稳定性,并命名其为ZIF-8^[5,6]。ZIF-8孔径0.34 nm，笼径11.6nm，BET和Langmuir比表面积分别为1630和1810 m2/g，孔容为0.63 m3/g，具有典型的小孔径大孔笼特征。因此，在众多ZIFs材料中，ZIF-8因其晶体构造相对简单，具有较好的稳定性和相对大的孔容，再加之原料易得、成本低廉，如同沸石中A、X、Y型和MOFs领域中的HKUST-I，M0F-5，MIL-101是ZIFs中最具代表性的材料之一。因此，很多研究组都将其进行深入研究，进而指导其他ZIFs材料的合成。

材料的物理化学性质很大程度取决于其形态和尺寸。因此，众多化学家和材料学家在探索ZIF-8材料形貌和粒径方面做了大量工作。Wiebcke等首次报道了纳米ZIF-8材料的合成。他们通过硝酸锌和过量2-甲基咪吨在甲醇溶液中(摩尔比1:8:700)室温反应得到了粒径约40nm的ZIF-8材料。可形成纳米ZIF-8的原因是过量的2-甲基咪唑起到稳定剂的作用^[7]。此后,Thallapally和Lai等也采用类似的方法分别获得了纳米ZIF-8材料^[8,9]。其中，Thallapally等获得规整六角形状的纳米ZIF-8材料。在合成的同时，一些课题组使用XRD，SEM，AFM和EDXRD等分析手段跟踪其成核和生长阶段^[10-15]。Wiebcke和Lai等分别通过加入调控剂完成了ZIF-8粒径(从纳米到微米)和形貌的控制合成^[16,17]。例如，Wiebcke等通过修饰纳米ZIF-8(65nm)的合成方法，加入1-甲基咪挫或甲酸钠获得ZIF-8微米晶。Lai等则通过表面活性剂十六烷基三甲基溴化按获得粒径变化从100 nm到4um，形貌从立方体到十二面体的ZIF-8材料。外部条件(压力，温度)对ZIF-8骨架和孔结构的影响：无定形化ZIF-8的合成Chapman课题组在合成无定形ZIF-8做了大量工作^[18,19]。他们首先发现，在1.2 GPa的压力下，ZIF-8的衍射峰消失变成无定形物质，而N2吸附曲线显示，仍具有孔特征(BET，758m²g^-1)，这为修饰材料的结构和性质提供了一种方法。随后在此基础上，Chapman等考察不同压力(甲醇和乙醇的混合物作为介质)对ZIF-8晶体结构的影响，研究发现随着压力的升高，溶剂介质进入孔中，孔体积和晶胞体积都随之增大，在1.47 GPa压力下，促使其相发生转变。此外，利用这种压力导致的孔特征和结构变化，合成出无定形ZIF-8，Chapman等把其用于I₂的吸附捕获。Spencer等考察了压力对致密的Zn(Im)₂晶体结构的影响，发现Zn(Im)₂晶体在0.54~0.85 GPa压力下，由α相转化成一种未知的β相，这是首次有关MOFs材料高压下的单品XRD分析^[20]。Huang等则利用FTIR光谱研究高压下ZIF-8结构的变化^[21]。

Chapman课题组在利用压力变化合成无定形ZIF-8时，还考察了温度的变化是否能够导致无定形化的ZIF-8的合成^[22-24]。结果显示,温度变化未能合成无定形ZIF-8。相反，他们发现同分异构体ZIF-1，ZIF-3，ZIF-4(化学组成:Zn(Im)₂)在加热时生成无定形的ZIF，温度升高过程会变成另一品相ZNI，此过程并不是位移性的改变，而是一个结构重建过程。无定形ZIFs在形成过程中，有类似玻璃的黏滞流动性。通过此发现可以设计合成具有特定功能的类似玻璃的无定形材料。以上为探索ZIFs材料的新原料和新结构以及相应的新性能提供了新途径。

含咪唑基配体的金属有机配位聚合物作为一种新型的功能材料，虽然很早已有报道，但在近十年才得到真正发展。它既有MOFs材料结构多样性和新颖性的特点，又具有传统沸石分子筛高的化学和热学稳定性的特点，这些特性也使其在很多领域表现出良好的优越性，尤其是吸附分离CO2的惊人性能，这些是其它材料都无法比拟的。目前在探索合成新颖结构的新材料研究中，研究工作者已取得了许多令人瞩目的成果，这些工作为配位聚合物的研究积累了一定的经验，但是尚未探明配位聚合物设计与合成的规律。

3 PAM(聚丙烯酰胺）的合成和应用

聚丙烯酰胺(简称PAM)丙烯酰胺(简称AM)均聚或与其它单体共聚而成的含量在50%以上的线型水溶性高分子化学品的总称。水溶液聚合法AM的水溶液聚合是生产PAM历史最悠久的方法。在水溶液中加入过硫酸铵，热聚合得到聚合物，水溶液聚合生产安全，工艺设备简单，成本较低。