铁基MOF材料的制备及存储性能研究开题报告

 2022-02-02 21:44:40

1. 研究目的与意义、国内外研究现状(文献综述)

一、研究意义

mof(metal organic framework)是由含氧或氮的有机配体与过渡金属连接而形成的网状骨架结构,是具有周期性网络结构的晶态多孔材料,具有无机材料的刚性和有机材料的柔性特征,因优良的结构可裁剪性和功能性成为目前研究的热点,在现代材料研究方面呈现出巨大的发展潜力和诱人的发展前景[1]

mof材料具有较高的孔径、较大的比表面积、可调谐的活性位点和可功能化的有机骨架等独特的理化性质。最大的优点是合成步骤简单,可以通过设计调谐不同的金属离子和有机骨架来合成具有不同理化性质的mof材料[2]。在结构上,可以制备一维,二维或三维mof,在性能上,通过组合不同的金属离子/离子簇和有机配体,调整孔径来改善其性能以满足各种预期应用[3]。除此之外,利用mof为模板,通过相关操作可以制成多孔金属氧化物或去除其中的金属元素从而制得多孔碳,其产物也可被用做电极材料。并且,不同的有机配体形成不同的孔状结构,通常有机配体分子量越大,孔径越大。其中,过渡金属、稀土金属、碱金属、碱土金属等都可被用于中心金属离子,不同的金属将呈现不一样的性能。在与配体的共同作用下,会表现出一些特殊的性质。由于金属离子与有机配体之间存在强的相互作用,使mof的稳定性较高,性能更加优越,应用更加广泛。mof可以广泛应用于气体分离和储存、能量储存、催化和药物输送等领域,特别是能源储存和转换系统如燃料电池、锂离子电池、超级电容器等领域[4]

铁元素在地壳中储量丰富,属于过渡金属,含量仅次于铝,在生活中非常常见。铁具有多价态、活性强等特点,其氧化物在电化学领域应用广泛。铁的价格低廉,具有良好的环境相容性,且毒性较低,可以代替贵金属进行应用,可以在催化、储能等许多领域都表现出优异的性能。

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2. 研究的基本内容和问题

一、研究目标

(1) 设计合成一种咪唑基衍生物有机配体。

(2) 利用铁盐,引入咪唑基衍生物,合成一种以fe为中心金属离子的金属-有机杂化化合物。

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3. 研究的方法与方案

一、研究方法及实验方案

1.含氮有机配体的设计合成

采用dmso溶液反应方法(室温或回流状态下进行反应)。

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4. 研究创新点

特色或创新之处

(1) 目前,mof材料被用于用于超级电容器的制备、电极材料、催化材料和气体分离领域的报道开始逐渐增多,但是以fe-mof作为原料的报道相对较少,具有创新性,此类化合物具有良好的储能价值等,具有一定的研究价值。

(2) 目前大多数研究是以活性炭和ptfe与活性物质进行制备电极材料,但是以fe为中心金属离子,并以三嗪酸和含氮配体为配体研究其性能的报道较少,具有一定的创新性。

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5. 研究计划与进展

研究计划及预期进展

第一阶段:2019年12月-2020年1月

1.查阅文献,确定详细的研究计划,撰写文献综述

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