金屬-有機(jī)骨架材料(MOF)的分類PPT課件

2020/5/23,.,1,金屬-有機(jī)骨架材料（MOF）的分類及其在計(jì)算化學(xué)的發(fā)展和前景,李鵬李芳,.,2,Content,.,3,A.常見的金屬-有機(jī)骨架材料分類,a.IRMOF系列材料(IsoreticularMetal-OrganicFramework)b.ZIF系列材料(Zeoliticimidazolateframework)c.CPL系列材料(CoordinationPillared-Layer)d.MIL系列材料(MaterialsofInstitutLavoisier)e.PCN系列材料(PorousCoordinationNetwork)f.UiO系列材料(UniversityofOslo),.,4,通過使用含更長的二羧酸配體反應(yīng)物，IRMOF系列化合物的孔道尺寸可以增大到28.8，孔隙率從55.8%增大到91.1%，大大超過了沸石的孔隙率。,IRMOF材料,用于合成IRMOF系列材料的不同配體,IRMOF是由分離的次級(jí)結(jié)構(gòu)單元Zn4O6+無機(jī)基團(tuán)與一系列芳香羧酸配體，以八面體形式橋連自組裝而成的微孔晶體材料。,MohamedEddaoudi,JaheonKim,NathanielRosi,DavidVodak,JosephWachter,MichaelOKeeffe,OmarM.Yaghi*.SystematicDesignofPoreSizeandFunctionalityinIsoreticularMOFsandTheirApplicationinMethaneStorage.Science,2003,300,1127,.,5,ZIF材料,ZIF，即類沸石咪唑酯骨架材料，是利用Zn()或Co()與咪唑配體反應(yīng)，合成出的類沸石結(jié)構(gòu)的MOF材料。,BoWang,AdrienP.Cote,HiroyasuFurukawa,MichaelOKeeffe&OmarM.Yaghi.Nature,2008,(453)207.ANHPHAN,CHRISTIANJ.DOONAN,FERNANDOJ.URIBE-ROMO,CAROLYNB.KNOBLER,MICHAELOKEEFFE,ANDOMARM.YAGHI*.ACCOUNTSOFCHEMICALRESEARCH.2010(43).58-67.,.,6,CPL系列材料,CPL材料的結(jié)構(gòu)由六配位金屬元素與中性的含氮雜環(huán)類的2,2-聯(lián)吡啶、4,4-聯(lián)吡啶、苯酚等配體配位而成。其中的四個(gè)配位位置是金屬和吡嗪類羧酸配體鏈接而成的二維平面結(jié)構(gòu)，剩下的兩個(gè)位置是金屬與線形二齒有機(jī)配體配位形成。,Angew.Chem.Int.Ed.1999,38,No.1-2,140-143Angew.Chem.Int.Ed.2008,120,39783982,.,7,MIL系列材料,MIL材料是使用不同的過渡金屬元素和琥珀酸、戊二酸等二羧酸配體合成。其最大的一個(gè)特點(diǎn)就是在外界因素的刺激下，材料結(jié)構(gòu)會(huì)在大孔和窄孔兩種形態(tài)之間轉(zhuǎn)變，即呼吸現(xiàn)象。,.,8,PCN材料,PCN系列材料含有多個(gè)立方八面體納米孔籠，并在空間上形成孔籠-孔道狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這種材料在氣體存儲(chǔ)方面有巨大潛力。,J.AM.CHEM.SOC.2008,130,1012-1016,.,9,UiO系列材料,UiO材料由含Zr（鋯）的正八面體Zr6O4(OH)4與12個(gè)對(duì)苯二甲酸(BDC)有機(jī)配體相連，形成包含八面體中心孔籠和八個(gè)四面體角籠的三維微孔結(jié)構(gòu)。,J.AM.CHEM.SOC.2008,130,1385013851Chem.Commun.,2011,47,96039605,.,10,B.MOF材料的計(jì)算化學(xué)研究方法及應(yīng)用,第一性原理方法、密度泛函理論,蒙特卡羅方法、分子動(dòng)力學(xué)方法,.,11,ExperimentalComputationalcombination,ThemethanemoleculeusingtheTransferablePotentialsforPhaseEquilibriaUnitedAtom(TraPPE-UA)forcefield,inwhichCH4ismodeledasasingle,unchargedLJspherelocatedonthecarbonatom.FortheZIFatoms,weuseLJparameterstakenfromtheOptimizedPotentialsforLiquidSimulationsAllAtom(OPLS-AA)forcefield,UFFforZn.GCMCComplexChemicalSystems(MCCCS)Towheeprogram.BindingenergiesLarge-scaleAtomic/MolecularMassivelyParallelSimulator(LAMMPS),J.Phys.Chem.C2013,117,1032610335,.,12,ThecorrespondingisothermsfromtheGCMCsimulation,whichagreewithexperimentallymeasuredvaluestowithin13%,validatingourchosenOPLSparametersforthesesystems.,TheCH4adsorptions:ZIF-71-97-93ZIF8_55CH4UCZIF8_ja3,.,18,Adsorptionsites,At1barand77K,alittleamountofH2moleculesareadsorbedonZIF-8frameworkandtheirpreferentialadsorptionsitesareclosetotheimidazolerings.Withincreasingofgaspressure,moreH2moleculesareadsorbedinthemiddleofthefacesoftheaccessiblesurfaceareaofZIF-8framework.,.,19,TheCH4adsorptionisothermsforfourdifferentinitialstructuresofZIF-8at298KhavebeencomputedusingGCMCsimulationswiththeproposedforcefieldadsorptionisothermsforfourgasessuchasCH4,H2,CO2andN2atdifferenttemperatureswerecomputedusingGCMCsimulationandwerefoundtobeinagoodagreementwiththeexperimentaldata.InthecaseofH2,theprobabilitydensitydistributionprofilesindicatethatthepreferentialadsorptionsitesofH2moleculesinZIF-8arelocatedclosetotheMeIMringswheret