摘要
使用传统方法分离混合气体会消耗大量能源，目前新型金属有机框架材料（MOF）由于其高效率、低能耗和可调节孔径的特点，在气体吸附分离领域得到迅速应用与发展。本文主要采用多组份一锅合成法以及引入功能性官能团的策略制备如下MOF材料命名为：Co-DOBDC-HINA、Co-DHBDC-TPB、Co-NH2BDC-TPB、Co-BDC-TPT、Co-FBDC-TPT、Co-ClBDC-TPT和Co-DFBDC-TPT，并探究其气体吸附分离性能。 第一部分成功制备MOF材料Co-DOBDC-INA。该材料通过三核Co3(μ3-O)簇与有机配体桥连形成了两种四面体孔腔和一种长方体孔腔的三维结构。该材料具有良好的结构稳定性，比表面积为534.50m2/g。298K，1bar下对单组分的二氧化碳吸附量为31.7cm3/g。对二氧化碳/甲烷和二氧化碳/氮气（50:50）的选择性分别为5.2和12.26。零覆盖率下对二氧化碳的吸附热为19.6kJ/mol。穿透实验结果证实了该材料可以有效分离二氧化碳/甲烷和二氧化碳/氮气混合气体。 第二部分成功制备MOF材料Co-NH2BDC-TPB和Co-DHBDC-TPB。三核Co3(μ3-O)簇分别与有机配体桥连形成了一维的孔通道和三角双锥笼结构。这两种材料具有良好的结构稳定性，比表面积分别为410.92m2/g和495.10m2/g。298K，1bar下这两种材料对单组分的二氧化碳吸附量分别为43.71cm3/g和64.29cm3/g。Co-NH2BDC-TPB对二氧化碳/甲烷和二氧化碳/氮气（50:50）的选择性为10.12和2.03，Co-DHBDC-TPB对两种混合气体的选择性为15.99和4.67。零覆盖率下Co-NH2BDC-TPB和Co-DHBDC-TPB对二氧化碳的吸附热分别为27.08kJ/mol和25.21kJ/mol。这两种材料相较于第一部分材料，对二氧化碳的吸附量有所提升，同时对二氧化碳/甲烷和二氧化碳/氮气混合气体的分离时间也得到了提高。这可能归因于引入三线轴配体（TPB）以及减少官能团数量使得孔尺寸增大，从而提高了分离效果。 第三部分成功制备MOF材料Co-BDC-TPT、Co-DFBDC-TPT、Co-FBDC-TPT、Co-ClBDC-TPT。这四种材料与第二部分材料属于同构型，同样具有一维的孔通道和三角双锥笼结构。具有良好的结构稳定性，在298K，1bar下Co-FBDC-TPT、Co-ClBDC-TPT对二氧化碳的吸附量分别为24.5cm3/g和20.0cm3/g。引入卤素原子之后使二氧化碳吸附量较低，可能在该结构下引入卤素原子对二氧化碳的作用力不强。
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