金属有机框架(MOFs)为前驱体的催化剂制备与催化氨硼烷储氢性能研究

本项目将利用金属有机框架结构材料（MOFs）为前驱体进行新型、高效催化剂合成，研究不同的MOFs材料和催化剂制备对活性金属位点形成过程和催化机理的影响，MOFs的拓扑结构，组分、微孔结构差异及催化剂制备方法与催化性能的对应关系。通过选择优良的MOFs前驱体，优化合成条件，开发高效催化剂。对于合成出来的MOFs催化剂材料，我们将研究它们对氨硼烷储氢体系储氢性能的影响和提高作用，同时考察催化剂制备过程、催化剂活性金属位点，颗粒的大小和形态，多种催化剂复合等因素对氨硼烷储氢材料的储氢能量密度，放氢温度和焓变，放氢动力学特征的影响。结合氨硼烷材料的热力学、动力学与催化剂活性位点的量子计算，从理论上对MOFs催化剂材料催化氨硼烷体系的放氢进行分析，得出体系储氢的机理，寻求突破氨硼烷化合物动力学屏障的途径，建立其储氢新模型。同时期待使氨硼烷满足商业燃料电池汽车的需求，获得具有我国知识产权的原创性成果。

按照申请书的计划，我们开展了金属有机框架(MOFs)为前驱体的催化剂合成、结构和形态表征以及催化氨硼烷储氢性能的研究。首先我们探索了通过混合配体体系制备新型MOFs化合物，由Co2+离子、苯四羧酸、联吡啶体系，控制水热反应条件得到两种新MOF结构，通过较低的反应温度和较高的联吡啶摩尔比促进了多孔结构的生成。研究了这两种新型MOFs化合物低温下的氮气和氢气的吸附性能，研究了MOFs结构中钴离子与客体分子DMF配位状态，和在活化后所保留空金属配位点，以及对气体吸附性能的影响。.在此基础上我们在水溶液中原位还原MOFs材料Co2(BDC)2(dabco)制备得到了约30nm的尺寸均匀、含有二价和零价态的含钴纳米颗粒，研究了以此为催化剂催化氨硼烷放氢特性，发现该催化剂在氨硼烷水解反应中表现出很高的活性，室温下可在1.4min内催化0.32M氨硼烷水溶液放氢完全。.另外通过部分还原MOF结构中的Co金属，我们发现结构中部分Co（II）及有机配体对Co金属活性位点有稳定作用，并表现出优异的催化活性和循环性，有望应用于多种过渡金属催化反应中。此外我们还研究了不同元素在MOF材料的掺杂及担载，以及对储氢性质调控作用，发现改善MOFs储氢性能的新途径。.总之我们很好的完成了申请书上的计划内容，在实验和理论上都取得了一些好的结果。本项目研究共发表SCI收录论文30篇，著书2本，申请中国专利5项，授权专利3项，培养了3名博士后、7名博士、1名硕士和8个学士。