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作者：

屈华

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摘要：

近些年来,金属-有机框架(metal-organic frameworks, MOF)作为一类新型多孔材料引起研究者极大的关注.我们课题组致力于这方面的研究,通过选择合适的有机配体与过渡金属离子构筑具有特定功能的MOF,并对它们的结构,光催化,荧光等性质进行研究. 第一章主要概述了MOF的概念以及选题目的和意义. 第二章主要探讨溶剂热条件下以2-氨基对苯二甲酸为配体合成的4个结构新颖的MOF,分析了它们的结构,还进行热重,元素分析,粉末X射线衍射(PXRD),固体荧光等测试表征.单晶X射线衍射分析表明:MOF1是一个三维多孔5重穿插4连接点dia型网络结构.沿着a,b,c轴方向有三个孔道,孔径大小分别约为20.5×19.4A2,17.9×10.9A2和34.6×10.9A2.MOF2是一个三维多孔3重穿插4连接点的dia型网络结构,沿着a轴方向有一个大小为20.2×14.2A2的"π"型孔道,沿着b轴方向有一个大小为13.9×11.0A2的矩形孔道,沿着c轴方向有个大小为23.9×20.7A2的六边形孔道.MOF3和MOF2属于异质同构体.MOF4是4连接的sql型拓扑结构,其Schlafli符号为(4462).MOF1中发现有典型铁电材料所具有的电滞回线环.MOF2可以用来检测硝基芳香族化合物,加入硝基苯和2-硝基甲苯后MOF2的荧光强度会大大增强,与以前报道的硝基芳香族化合物的淬灭作用相反.这可能是由于光激发态的MOF2还原了硝基苯或2-硝基甲苯.我们还研究了MOF2在多相体系中对有机染料X3B的降解性能及其反应机理.在可见光照射下加入MOF2后X3B降解速度明显加快,降解速率常数k=0.33h-1.PXRD测试表明在反应前后MOF2结构很稳定.另外当向体系中加入叔丁醇(TBA)这种·OH自由基淬灭剂后,可见光下MOF2降解X3B速度受到极大的抑制,降解速率常数降为k=0.027h-1,由此可以我们推断光催化的机理可能为:主要是由氧化能力极强的·OH自由基进攻染料X3B将其氧化从而完成整个降解过程. 第三章主要探讨溶剂热条件下以噻吩二羧酸为配体合成的5个MOF,并研究了它们在多相体系下光催化降解X3B的活性和反应机理.单晶X射线表明:MOF5,MOF8和MOF9都是"波浪状"2D网络结构;MOF6是一个具有NaCl型拓扑结构的3D网络结构;MOF7是一个具有(4,6)节点拓扑结构的3D网络结构.光催化降解有机染料X3B实验中只有MOF7表现出比较高的光催化活性.在可见光照射下,5个小时就降解了81%,降解速率常数为k=0.3h-1;在紫外光照射下,2个小时就降解了84%,降解速率常数为k=0.847h-1.加入TBA后,可见光下MOF7降解X3B的速度受到极大的抑制,降解速率常数由0.3h-1降低到0.074h-1,这表明MOF7光催化降解X3B的机理和MOF2的是一样的,都是由氧化能力极强的.OH自由基进攻染料X3B将其氧化从而完成整个降解过程.PXRD测试表明MOF7在催化过程中基本框架没有发生改变,有良好的稳定性.第四章主要对本论文进行总结,提出本论文的创新点以及对MOF光催化降解污染物前景做了展望.

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关键词：

金属-有机框架 2-氨基对苯二甲酸 噻吩二羧酸 光催化性质 结构表征

学位级别：

硕士

学位年度：

2012