摘 要

沸石咪唑酯骨架（ZIFs）材料是一类具有类沸石拓扑结构的新型金属有机骨架材料（MOFs），它是由二价金属离子Zn² 、Co² 等与咪唑或咪唑衍生物链接而成的。ZIFs材料兼具了传统沸石分子筛和MOFs二者的优点，它既具有较高的水热与化学稳定性，又有着MOFs的孔径可调，表面易于修饰的优良性能，因此在气体的吸附，杂质分离与催化等许多方面均有着广阔的应用前景。目前，ZIFs材料的研究已成为国内外许多研究学者研究的热点，但是现阶段，我们对ZIFs合成方法，特性等研究居多，而对ZIFs合成过程中的动力学研究相对较少。

基于以上现状，本文以一种新型 ZIFs材料ZIF-62为研究对象，以溶剂热合成法批量合成ZIF-62，并通过优化合成条件，探究了合成因素对ZIF-62产物产量的影响，结果发现提高反应温度，增加反应时间均可提高ZIF-62晶体的产量。另外，借助DSC，XRD，SEM等多种现代表征手段，我们对ZIF-62从室温到熔融之间的熔融过程进行了探究，结果发现Im浓度对ZIF-62产物的熔点与玻璃转变温度都会产生一定的影响；但产物中剩余的溶剂却对ZIF-62的熔融没有影响。

关键词：金属有机骨架结构材料，沸石咪唑酯骨架结构材料，ZIF-62，熔融过程

Abstract

Zeolitic imidazolate framework is a new kind of metal-organic frameworks formed by divalent metal ion Zn² or Co² and imidazole ester or its ramifications, which possess the same topologies as those that can be found in zeolites. ZIFs have the advantages of both zeolite molecular sieves and MOFs. ZIFs not only exhibit high hydrothermal and chemical stability, but also have tunable pore size and easily modified surface, so they have very broad application prospects in many aspects such as gas storage, impurity separation and catalysis. Nowadays, ZIFs have become the hot topics for many scholars, but at present, researches toward synthetic method and character are in the majority, and it’s relatively rare in the process of synthesis dynamics research.

Based on the above situation, this thesis used a new ZIFs material ZIF-62 as the research object，and used solvent thermal synthesis method to obtain ZIF-62 products. By optimizing the synthesis conditions, we studied how synthesis parameters can affect ZIF-62 product yields. The results show that increasing reaction temperature and time can improve the production of ZIF-62. Furthermore, with the help of a variety of modern testing methods such as DSC, XRD, SEM and so on, we learned the melting process of ZIF-62 between room temperature and the melting. We found that Im concentration can affect both the melting point and glass transition temperature. While the residual solvent in the ZIF-62 products had no influence to its melting process.

Key words：metal-organic frameworks，zeolitic imidazolate frameworks，ZIF-62，melting process

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 沸石咪唑酯骨架结构材料（ZIFs） 1

1.2.1 ZIFs的定义及结构特点 1

1.2.2 ZIFs的合成 2

1.2.3 ZIFs的特性及应用 4

1.2.4 ZIFs的研究进展 6

1.3 本课题的选题意义及研究内容 6

第2章 实验部分 8

2.1 化学试剂与实验仪器 8

2.1.1 实验试剂与药品 8

2.1.2 实验仪器 8

2.2 ZIF-62的合成 8

2.3 ZIF-62的性能表征 9

2.3.1 X射线衍射分析（XRD） 9

2.3.2 差示扫描量热分析（DSC） 10

2.3.3 扫描电子显微镜(SEM) 10

第3章 结果与讨论 11

3.1 ZIF-62的物相表征与热分析 11

3.1.1 ZIF-62的物相及形貌表征 11

3.1.2 ZIF-62的热分析 12

3.2 反应条件对ZIF-62产物的影响 13

3.3 剩余溶剂对ZIF-62熔融特性的影响 14

3.4 咪唑（Im）浓度对ZIF-62熔融特性的影响 17

第4章 结论与展望 19

4.1 结论 19

4.2 展望 19

参考文献 21

致谢 21

第1章 绪论

1.1 引言

近年来，随着配位化学的发展，多孔晶体配位化合物，又称金属有机骨架材料（Metal-organic frameworks, MOFs）引起了学术界的高度关注。金属有机骨架材料（MOFs）是通过金属离子或金属氧化物与有机配体络合自组装形成的，是一种周期性网状结构的大分子多孔晶体化合物[1-2]。在已有的金属有机骨架材料中，所含有的金属离子几乎包含了所有过渡金属离子，有机配体主要为含两种元素形成孤对电子的有机物。MOFs材料具有比表面积大、孔隙率高、拓扑结构多样、孔结构与功能可调等特殊性能，因此在药物稀释、气体存储与分离、光电材料和催化等领域均展现了广阔的应用前景[3-4]。

MOFs材料与传统的沸石分子筛结构相似，孔道结构均匀而规则，但其与传统无机分子筛有所差别。传统的无机分子筛有着固定的结构，而形成MOFs的金属离子与有机配体种类繁多，结合方式多种多样，因此可以通过设计选择金属离子与有机配体，达到控制孔道结构尺寸、调节性能的目的。MOFs材料由于其独特的性能而越来越被人们所熟悉。近十几年来，在国内外众多科研学者的共同努力下，该材料的研究得到了迅猛发展，从材料的设计合成到应用，都有大量的文献报道。