摘 要

材料是21世纪重要且具有发展潜力的三大领域之一，其中多孔有机金属框架材料(MOF)是近年来十分引人关注的材料。MOF是由金属离子和有机配体以配位键结合的具有无机-有机杂化功能材料。因为其多孔性、比表面积大等优良特性，使MOF材料在被发现以来，在多方面得到的广泛的研究。本文以3,5-二甲基苯甲醛和对甲基苯乙酮为原料合成一种含多苯环、多羧基的配体，以此基础合成以Cu为金属中心的多孔有机金属框架材料。在不同条件下将MOF修饰在电极表面进行析氢、析氧的电化学测试，并在不同条件下使其与氧化石墨烯复合修饰电极，探讨修饰电极的电化学性能。

论文主要研究了不同配体的MOF材料、不同氧化石墨烯浓度、不同电聚合扫描速度以及不同的电聚合扫描圈数对MOF材料电化学性能的影响。研究结果表明：Cu-199MOF与0.2mg/mL的石墨烯修饰电极，在2mV/s的电聚合扫描速度、30圈的电聚合扫描圈数的条件下，表现出较好的电化学性能。

关键词：有机金属框架材料；配体；电化学性能；析氢反应；析氧反应

Abstract

Material is one of the three major areas of the 21st century and has potential for development. Among them, the porous organic metal frame materials (MOF)are very interesting materials in recent years. MOF is an inorganic-organic hybrid functional material which is bound by a metal ion and an organic ligand with a coordination bond. Because of its excellent porosity, specific surface area and other excellent characteristics, MOF materials was used in a variety of aspects of the extensive study since it was found. In this paper, 3,5-dimethylbenzaldehyde and p-methyl acetophenone were used as raw materials to synthesize a polyphenylene ring and polycarboxylate ligand, and the porous organometallic framework material with Cu as the metal was synthesized. The electrochemical properties of MOF were modified under various conditions to study the electrochemical properties of hydrogen evolution and oxygen evolution under various conditions.

The effects of different ligand MOF, different graphene oxide concentrations, different polymer scanning speeds of different MOF, and different electroluminescent scanning turns on the electrochemical properties of MOF were studied. The results show that the electrode modified with Cu199MOF and 0.2mg / mL graphene has a relatively good electrochemical performance when the scanning speed of the electro polymerization is 2mV / s and the cycle number is 30.

Key Words：Organic metal frame material; Ligand; Electrochemical performance; Hydrogen evolution reaction; Oxygen evolution reaction

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 3

1.1 引言 3

1.2 多孔MOF材料简介及研究现状 3

1.2.1 多孔MOF简介 3

1.2.2 多孔MOF材料的分类 4

1.2.3 多孔MOF材料的优点 4

1.2.4 多孔MOF材料研究现状 4

1.3 多孔MOF材料的合成方法、影响因素以及应用方向 5

1.3.1 多孔MOF材料的常见合成方法 5

1.3.2 多孔MOF材料的影响因素 6

1.3.3 多孔MOF材料的应用方向 6

1.4 本论文课题的提出与研究内容 8

1.4.1 本论文课题的提出 8

1.4.2 本论文的研究内容 8

第2章 实验部分 9

2.1 引言 9

2.2 实验部分 9

2.2.1 实验药品 9

2.2.2 实验仪器 10

2.2.3多孔Cu30-MOF材料的制备 11

2.2.4 多孔Cu199-MOF材料的制备 11

2.2.5 电化学测试 11

第3章 结果与讨论 12

3.1 电化学分析 12

3.1.1 不同配体对MOF材料电催化性能的影响 12

3.1.2 还原氧化石墨与MOF材料复合作用对电催化性能的影响 12

3.1.3 不同的电聚合扫描圈数对MOF材料电催化性能的影响 14

3.1.4 不同电聚合扫描速度对MOF材料电催化性能的影响 15

3.2 本章小结 16

第4章 总结与展望 17

4.1 总结 17

4.2 展望 17

参考文献 18

致 谢 21

绪论

1.1 引言

材料是21世纪最具有发展潜力的领域之一，在国民经济的各个领域，从日常生活到军事、航空等均有材料的强力支撑。而其中的MOF材料是近几年十分引人关注的材料。近年来，化石能源的过度消耗导致能源短缺和环境污染等一系列的社会与环境问题，清洁、高效、可持续的能源发展以及有关能源转化、储存的技术迫切的为人们所需要，MOF材料也在这种条件下逐渐兴起，是继沸石和碳纳米管后出现的又一重要材料，在储存、分离、催化等多方面可以有广泛的应用，成为新世纪中具有极大发展空间以及极好应用前景的新型多孔材料。

1.2 多孔MOF材料简介及研究现状

1.2.1 多孔MOF简介

金属有机框架（MOF）材料是近年来发展十分迅速的配体聚合物，是结构化学、材料化学、配位化学、有机化学以及晶体工程等多种学科结合的产物，逐渐成为一种新材料的研究前沿以及热点之一^[1]。

MOF材料由金属中心和有机配体两部分组成，又称作金属-有机配位聚合物^[2]。无机金属中心被称为无机次级结构单元（Secondary Building Unite，SBU），有机配体称作有机次级结构单元，两部分以配位键相结合，以形成有一定周期性网络结构的多孔晶体材料。