金属-有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks, MOFs)是一种由过渡金属离子和有机配体配位而得到新型纳米多孔材料。与传统的多孔材料相比,MOFs具有结构多样性、比表面积和孔隙率大、功能性强、热稳定性好、孔道可设计和结构可调控性强等特性,因其独特性质使之在气液相吸附分离、气体储存、传感器、催化、药物控释以及生物化学等领域有广阔的应用前景,是当前材料领域一个研究的热点和前沿。到目前为止,成千上万种具有不同结构的MOFs材料被实验成功合成,并且理论上可以合成的MOFs材料种类是无限的。但是,MOFs材料的结构种类较多,且大多结构复杂各异。因此,单纯采用实验的手段无法对MOFs材料进行系统的全面的研究,限制了MOFs材料的发展和应用。将不断发展和完善的计算化学理论方法应用于深入研究MOFs材料的性能,提高了研究的效率。通过计算化学的手段,可以对材料结构和性能之间的关系进行系统研究,以指导材料的设计、合成,并且将其应用于材料的筛选过程中,会大大缩短MOFs材料的研究周期并且为合成具有工业应用前景的材料提供了指导。近年来,MOFs材料应用于液相分离也引起了研究者的兴趣,尤其MOFs材料在汽柴油深度脱硫方面。本文采用分子模拟手段研究了MOFs材料的CO2储存性能,同时通过实验研究的方式对MOFs材料的脱硫性能进行了分析研究,主要工作如下：1、针对温室气体CO2的储存过程,研究了MOFs材料对CO2的吸附性能。本文考察了119种不同种类的MOFs材料,采用分子模拟的手段,通过计算不同压力下材料的吸附量,研究了影响CO2吸附的结构因素与吸附量之间的关系,并筛选出了吸附量较高的MOFs材料。同时,考察了材料工作容量,筛选出了具有较高工作容量的材料并综合吸附性能得到了两种具有应用前景的材料。2、本文采用水热合成方法合成了Cu-BTC、MIL-53(Al、Cr)三种代表性的材料,并通过静态实验法研究了其脱硫性能。实验发现,Cu-BTC表现出了良好的脱硫性能,吸附量达到了70.42mg S/g MOF,高于大部分吸附剂的吸附量。通过分析,总结了影响MOFs材料脱硫性能的因素,合适的孔径、材料中存在与苯并噻吩硬度相配的酸性位有助于提高MOFs材料的吸附量,为MOFs材料应用于汽柴油深度脱硫过程提供了数据基础和一定的指导。以上说明,MOFs材料将在汽柴油深度脱硫应用方面有较大的应用前景。
