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新型金属有机骨架多孔材料的设计合成与吸附性能研究

Design, synthesis and adsorption properties of novel metal
organic frameworks of porous materials







作者姓名：宋青山
专业名称：无机化学
指导教师：裘式纶 教授
学位类别：理学硕士
答辩日期： 2015 年 5月28日
中文摘要
金属有机骨架材料（MOFs）是晶体工程学中最受关注的研究课题[1]。多孔
骨架材料是一类新型的高分子材料，具有无限的金属与配体通过配位键连接的骨
架结构。本论文的内容是：从晶体工程学出发，通过设计有机配体，并与金属中
心搭建一个金属有机骨架结构，进而希望可以得到一个与理想模型一样的金属有
机骨架化合物，从而利用该有机配体合成结构新颖，性质优良的金属有机骨架化
合物；利用二萘嵌苯衍生物作为大分子有机化合物单体与含有 Br 官能团的小分
子有机化合物单体通过 Suzuki 反应来得到共轭聚合物；以及通过文献设计合成
相关配体并进一步利用水热合成方法来得到具有三维孔道结构的金属有机骨架
材料。本论文主要对有机配体的合成，共轭微孔聚合物的合成，以及对混金属有
机骨架化合物的制备进行了探索和研究。其中混金属有机骨架材料的合成与制备
是本论文研究的重点。立足于对其研究，我们想得到新型的结构，和更好的性质。
希望今后能以此论文的一些探索为依据，以拓扑学为思想，以有机合成为思路，
以水热合成为手段，展开对金属有机骨架配体的研究，为以后新型的多功能的多
孔金属有机骨架材料提供一定的理论基础和方法借鉴，并且希望将来能发现此类
材料更好的结构和更卓越的性能。
第一，由于二萘嵌苯是一个拥有很多优良性质潜力的大分子有机化合物，我
们想通过以二萘嵌苯为原料来合成其衍生物，通过查阅相关文献，我们找到了以
二萘嵌苯为原料合成 -四苯甲酸甲酯基苝的实验方法和依据，并利用有机
合成得到了 -四苯甲酸甲酯基苝化合物，希望可以利用该有机配体来合成
出金属有机骨架材料。
第二，在合成 -四苯甲酸甲酯基苝的过程中，我们发现了可以利用其
中间产物 -四硼酸基苝与含有 Br 官能团的小分子有机单体通过 Suzuki 反
应，可以得到大分子的共轭聚合物，进而对合成出来的化合物进行粉末 X-射线
衍射，热稳定性，吸附性质等方面进行了测试分析。
第三，近几年来很多报道都是利用四氮唑配体和二羧酸配体来合成 MOFs
的文献，所以我们希望可以找到一种配体它既含有四氮唑官能团，又含有二羧酸
的官能团，通过查阅文献，我们发现文献中用的配体是 3,5-苯二甲酸基四唑，我
们从这个角度出发找到了比其多一个苯环的有机配体 5-（4-四氮唑基）-苯基间
苯二酸，并利用该有机配体合成金属有机骨架化合物，并对其性质进行了分析。
由于金属有机骨架结构材料（MOFs）的稳定性不是很好，在很多应用领域
受到限制，我们希望通过改变其合成条件或者金属中心，能够得到稳定的金属有
机骨架材料，并且该材料具有优良的吸附性质。

关键词：
金属有机骨架材料，多孔材料，二萘嵌苯，水热合成
Abstract
Metal organic Frameworks (MOFs) are the most popular research topic in the
crystal engi