金属有机骨架(metal-organic frameworks，MOFs)是一种由金属离子与有机配体形成配体键络合组装的具有多孔网络结构的新型材料。由于MOFs具有高比表面积、丰富的孔结构、大量不饱和的金属位以及结构上的有序性而备受关注。如在吸附分离、选择性催化、气体储存、生物传导材料、磁性材料、光电材料和芯片等新材料开发中显示了诱人的应用前景。
凹凸棒土是一种具有层链状过渡结构的以含水富镁铝硅酸盐为主的粘土矿土。实际应用中由于其独特的结构和诸多优异的性能，被誉为“千土之王”，其产品不仅在化工、能源、机械、轻工、汽车、建材、冶金等传统产业中广泛应用，而且已进入到以生物、信息、航空航天、新材料和新能源为代表的高新技术产业。
在实际应用过程中，大部分MOFs材料的水热稳定性较差，这制约了其工业应用的发展。本文基于MOFs材料和凹凸棒土，针对MOFs材料水热稳定性差的缺点，创新性地将两者进行杂化，旨在提高MOFs材料的水热稳定性，并探索杂化机理以及研究开发杂化材料在其他领域的应用优势。
实验中选取的MOFs材料中是MOF-5、四种MOF-74、MIL-101、MIL-125、UiO-66和ZIF-8。其中MOF-5、MOF-74和MIL-125是水热稳定性较差的材料，旨在考察凹凸棒土的加入能否提高MOFs的水热稳定性，而MIL-101、UiO-66和ZIF-8是水热稳定性较好的材料，旨在考察凹凸棒土能否和MOFs较好地杂化。本实验是在合成MOFs过程中添加一定量凹凸棒土，形成杂化材料。研究首先通过一系列表征，考察了杂化材料的结构，发现凹凸棒土可以和MOF-5、MOF-74、MIL-125和ZIF-8较好的杂化，而对于MIL-101和UiO-66则不能形成杂化材料。通过SEM图还能发现，凹凸棒土的加入能在一定程度上改变MOFs的形貌，使其变得更加规整。另外，实验也证明了杂化材料不是单纯的物理混合，凹凸棒土和MOFs之间存在一定的化学键。
实验中，对MOF-5、MOF-74和MIL-125于凹凸棒土的杂化材料的水热稳定性进行了考察，结果表明凹凸棒土的加入能有效提高MOF-5、Ni-MOF-74和MIL-125的水热稳定性，而对于Mg-MOF-74、Zn-MOF-74和Co-MOF-74而言，凹凸棒土不能提高其水热稳定性。
为了考察杂化材料其他方面的性能，将MOF-5/凹凸棒土杂化材料作为催化剂，考察其在傅克烷基化反应中的催化性能。结果发现在使用MOF-5作为催化剂时，只能在前两次循环反应中达到高转化率，杂化材料(MA-3、MA-4)在六次循环反应中依旧保持较好的转化率，这说明杂化材料的催化稳定性优于MOF-5。而对于Ni-MOF-74和NiAT，我们测试了其在0℃下对CO2的吸附性能，结果表明加入了凹凸棒土的NiAT对CO2有更好的吸附能力。
    关键词：
    复合材料 金属有机骨架材料 凹凸棒土 制备工艺 水热稳定性
    作者：
    陆磊
    学位授予单位：
    南京工业大学
    授予学位：
    硕士
    学科专业：
    化学工程与技术；化学工程
    导师姓名：
    刘晓勤 孙林兵
    学位年度：
    2015
    语种：
    中文
    分类号：
    TB332