Zr基MOFs材料儲(chǔ)氫性能及改性研究.pdf

1、能源是社會(huì)和國(guó)家發(fā)展進(jìn)步的重要支撐，新能源的開(kāi)發(fā)成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。氫能燃燒熱值高，且燃燒的產(chǎn)物是對(duì)環(huán)境無(wú)污染的水，因而受到了廣泛關(guān)注。然而，氫氣在常溫常壓下為氣態(tài)，密度很小，且易燃燒爆炸，因而氫能的運(yùn)輸與儲(chǔ)存問(wèn)題成為氫能應(yīng)用的關(guān)鍵，開(kāi)發(fā)安全穩(wěn)定高效的儲(chǔ)氫材料成為氫能利用的研究熱點(diǎn)。在目前研究的眾多儲(chǔ)氫材料中，金屬有機(jī)框架(MOFs)由于其多孔性、結(jié)構(gòu)的多樣性、較高的比表面積和較低的晶體密度，被譽(yù)為最富有應(yīng)用前景的儲(chǔ)氫材料之一，且

2、其在氣體的吸附與分離、有機(jī)催化反應(yīng)和化學(xué)與生物傳感器等方面有著廣泛的應(yīng)用。
　　本研究通過(guò)分子模擬的手段，建立計(jì)算模型，探究晶體結(jié)構(gòu)屬性，設(shè)計(jì)研究高效穩(wěn)定安全的儲(chǔ)氫材料。在現(xiàn)有的MOFs儲(chǔ)氫材料中，Zr基系列MOFs材料熱穩(wěn)定性好，且在水、丙酮、苯、DMF等有機(jī)溶劑和酸堿體系中均可保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。Zr基MOFs材料具有良好的儲(chǔ)氫性能，可實(shí)現(xiàn)快速吸放氫氣，循環(huán)可逆性好。本文研究Zr基MOFs材料UiO-66、UiO-67、MOF-80

3、1、MOF-802、MOF-808和MOF-841的儲(chǔ)氫性能和影響因素，探究Zr基MOFs材料骨架結(jié)構(gòu)的功能化、金屬Li離子的摻雜和中心金屬離子的取代等提高儲(chǔ)氫性能的改性方法。研究了幾種Zr基MOFs材料在77K時(shí)不同壓力下的吸附等溫曲線，包括質(zhì)量吸附等溫線和體積吸附等溫線，發(fā)現(xiàn)高壓下材料的比表面積和孔隙率是其氫氣吸附能力的直接影響因素，低壓下吸附熱是影響材料儲(chǔ)氫性能的重要因素。通過(guò)研究提高材料儲(chǔ)氫性能的改性方法，表明在骨架結(jié)構(gòu)的功能化

4、中，-CN官能團(tuán)的引入使材料的質(zhì)量吸附容量提高了11.7％，-Br官能團(tuán)的引入使材料的體積吸附容量提高了17.8％;在金屬Li離子的摻雜中，化學(xué)改性法引入金屬Li離子的儲(chǔ)氫效果優(yōu)于物理改性法，通過(guò)化學(xué)改性法引入金屬Li離子后使材料的質(zhì)量吸附容量提高了12.3％，體積吸附容量提高了14.5％;在中心金屬離子的取代中，輕質(zhì)金屬Ti離子取代中心金屬離子可以增加材料的儲(chǔ)氫能力，通過(guò)輕質(zhì)金屬Ti離子取代后使材料的質(zhì)量?jī)?chǔ)氫能力提高了19.4％。研究