多孔材料最早研究在20世紀(jì)初,是一種發(fā)展迅速的材料。由于具有比表面積大、密度低、孔結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)以及多樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和化學(xué)組成等優(yōu)點(diǎn),使得多孔材料在過濾、滲透、催化、電化學(xué)過程以及氣體儲(chǔ)存和分離等方面有著廣泛的應(yīng)用。目前,最備受關(guān)注的環(huán)境問題之一是全球變暖,而工業(yè)上和生活上過量排放的二氧化碳?xì)怏w正是導(dǎo)致全球變暖的元兇。為了有效解決這一大焦點(diǎn)問題,可以尋找恰當(dāng)?shù)亩嗫撞牧蟻韮?chǔ)存和分離二氧化碳?xì)怏w。另外,稀有氣體由于其低沸點(diǎn)、低熔點(diǎn)以及非常穩(wěn)定的特點(diǎn),使得其在化學(xué)工業(yè)、醫(yī)療科學(xué)等方面應(yīng)用廣泛。但是,由于稀有氣體的含量在地球上本身含量低,并且生產(chǎn)過程中稀有氣體的儲(chǔ)存分離也是需要投入大量的資源和精力,導(dǎo)致稀有氣體價(jià)格更加昂貴。利用多孔材料吸附和分離稀有氣體是一個(gè)能降低稀有氣體價(jià)格的辦法。在本論文,運(yùn)用理論模擬手段研究了最新報(bào)道的手性共價(jià)有機(jī)骨架和碳化硅共價(jià)有機(jī)骨架,預(yù)測(cè)了新材料對(duì)常見氣體以及稀有氣體的吸附和分離性能,具體內(nèi)容如下:（1）選擇最新合成且新穎的系列手性共價(jià)有機(jī)骨架（CCOF）為研究體系,探索和預(yù)測(cè)在氣體吸附和分離方面的可能性。我們運(yùn)用巨正則蒙特卡洛模擬（GCMC）和密度泛函理論（DFT）等... 

【文章來源】：東北師范大學(xué)吉林省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：52 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

COF-1（左）和COF-5（右）的結(jié)構(gòu)模型

4圖1.2經(jīng)典的MOFs和常見的金屬節(jié)點(diǎn)以及有機(jī)配體。1.3多孔材料的應(yīng)用1.3.1多孔材料在催化領(lǐng)域中的應(yīng)用催化對(duì)化學(xué)、燃料制造、環(huán)境保護(hù)以及消費(fèi)品和先進(jìn)材料的加工產(chǎn)生巨大影響。使用多孔材料作為非均相催化劑引起了科學(xué)家們極大的興趣，因?yàn)樗鼈兙哂袀鹘y(tǒng)的非均相催化劑的優(yōu)勢(shì)以及活性位點(diǎn)的可及性。在Kurisingal等人的研究中，通過后浸漬技術(shù)制備了兩種咪唑基離子液體的含鋯的UiO-66-NH2異相催化劑[40]。此外，通過將基于甲基苯并咪唑鎓（ILB）和基于甲基咪唑鎓（ILA）的IL單元分別引入U(xiǎn)iO-66-NH2，并通過涉及C=O（來自IL）和NH2（來自UiO-66-NH2）官能團(tuán)的偶聯(lián)反應(yīng)，生成ILB@U6N和ILA@U6N。UiO-66-NH2的多孔結(jié)構(gòu)和高表面積可確保提高催化劑的效率和IL的利用率。所開發(fā)的催化劑還具有低浸出，高穩(wěn)定性和優(yōu)異的可重復(fù)使用性，而不會(huì)影響環(huán)氧轉(zhuǎn)化率。To等人合成了一種含鐵的MOFs，名叫VNU-21[41]。他們發(fā)現(xiàn)VNU-21可以用作一鍋合成喹唑啉酮的非均相催化劑，且可以回收。該合成在氧氣氣氛下分兩個(gè)階段

-1）、密度低（0.13gcm-3）且具有π電子共軛脫氫苯并環(huán)戊烯（DBA）單元的三維COFs（DBA-3D-COF1），并用金屬Ni對(duì)3DCOF-1進(jìn)行金屬化產(chǎn)生Ni-DBA-3D-COF[46]。兩種三維的DBA-COFs表現(xiàn)出很強(qiáng)的乙烷和乙烯氣體的吸附能力。在理論計(jì)算上，眾多研究者也很愛研究有助于能提升氣體吸附和分離性能的材料上。Huang等人設(shè)計(jì)出具有多孔晶狀的二維石墨狀碳氮化物g-CN，運(yùn)用理論計(jì)算手段發(fā)現(xiàn)該材料具有很好的CO2/H2（SCO2/H2=50）和CH4/H2（SCH4/H2=11）的分離性能，并且CO2，CH4和H2的自擴(kuò)散系數(shù)也是能與大多數(shù)的COFs和MOFs旗鼓相當(dāng)[47]。圖1.3ZU-66的結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)內(nèi)的“分子轉(zhuǎn)子”和由分子轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)行為得出的最小和最大的孔道。1.4選題背景和依據(jù)隨著人類進(jìn)步，環(huán)境問題越顯突出。目前，工業(yè)上、生活中排放過量二氧化碳。而空氣中過量的二氧化碳將導(dǎo)致溫室效應(yīng)等各種環(huán)境問題。一個(gè)能減少二氧化碳濃度的方法就是尋找到大量?jī)?chǔ)存二氧化碳的材料。此外，隨著科技進(jìn)步，稀有氣體的大量應(yīng)用逐漸被挖掘。但是，稀有氣體本身含量較少，且生產(chǎn)過程中儲(chǔ)存和分離稀有氣體也需要消耗大量資源，這更使得其價(jià)格更加昂貴�，F(xiàn)在，多孔材料由于比面積大、密度低、孔尺寸可調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)在各方面中有著廣泛的應(yīng)用，尤其在氣體吸附和分離的研究上已經(jīng)被廣泛研究。所以，對(duì)新型多孔材料的開發(fā)研究已經(jīng)成為了實(shí)驗(yàn)研究者與計(jì)算研究者共同的目標(biāo)。計(jì)算模擬研究多孔材料的氣體吸附和分離性能可以節(jié)約實(shí)驗(yàn)上研究所用的資源、時(shí)間和精力等大量成本，所以，我們運(yùn)用像DFT、GCMC、NVT等計(jì)算模擬的手段來預(yù)測(cè)一些有前途的共價(jià)有機(jī)材料的結(jié)構(gòu)和重要的氣體吸附以及分離情況，這是科學(xué)領(lǐng)域中


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