双金属有机骨架材料的制备及其吸附性能研究

孔乾乾, 鲁金明, 张 集, 刘 毅, 杨建华, 张 艳, 王金渠

（大连理工大学 化工学院, 辽宁 大连116024)

1 前 言

能源枯竭和环境污染给世界的可持续发展带来双重挑战。氢能作为一种绿色高效的新能源，为这些问题的解决提供了新的途径。然而，由于其特殊的理化性质，氢气的储存是氢能实现规模应用的难点[1]。与高压气态和低温液态等储氢技术相比, 物理吸附法安全性好，吸放氢速度快，储存方式简单，具有广阔的发展前景[2]。储氢材料的开发是解决氢能应用中氢存储技术的关键[3]。

金属有机骨架材料(metal-organic framework，MOF)作为一种独特的有机-无机杂化多孔材料，具有孔径可调、比表面积高、易于官能团化等优势，已被广泛应用于气体储存[4-5]、气体分离[6-8]、催化[9-10]和传感[11-12]等领域。MOF 材料中具有开放金属位点(open metal sites，OMS)，能够有效增加物理吸附剂与氢分子之间相互作用能，可将其应用于氢气存储[13]。在众多的具有OMS 的材料中，MOF-74 系列具有较高的氢表面堆积密度[14]。它是由二价金属离子与有机配体2,5-二羟基对苯二甲酸自组装而成的一系列同构型的MOF 材料。未活化的MOF-74 材料孔道内部存在与金属点配位的溶剂分子，通过真空干燥加热活化使溶剂分子脱除，材料孔道内留下2.9～3.4 mmol·g-1的不饱和金属位点，同时金属中心由原来饱和的六配位变为不饱和的五配位，但其仍保持原有的框架结构[15]。其中，双金属CoNi- MOF-74，由于骨架中存在Co2+和Ni2+，增强了氢气在该骨架上的吸附能和吸附量。因此被认为是 MOF-74 系列材料中最有希望的氢气吸附材料。……