金属有机配合物的力学特性及变形对其气体吸附的影响研究

金属有机配合物具有严格周期排列的微结构、有极高表面积比、由金属元素和有机元素共聚组成的一种新型孔隙晶体材料，在气体吸附和储存、化学催化、传感、发光等领域具有重要应用价值，被认为是解决氢气储存和二氧化碳捕捉储存等能源环境问题的关键材料。迄今为止，人们对金属有机配合物力学性能以及变形等因素对其气体吸附特性的影响还缺乏认识，但这方面的知识却是十分必要的，将直接影响到它们的成功应用。本项目将研究金属有机配合物的力学特性，建立微结构与宏观力学间定量关系和吸附特性与微结构间的定量关系，并最终建立变形与其吸附特性间的内在联系，从而实现通过变形来控制金属有机配合物对气体的存储和分离。

微纳米多孔材料在气体吸附吸附和储存、颗粒净化、冲击能量吸收等领域具有巨大的应用潜力。本项目针对有机骨架材料（即有机配合物）等纳米多孔材料，利用原子尺度计算分析了变形对它们吸附特性的影响，发现拉应变对其吸附能力有明显提高，而压应变则有相反的作用；针对金属纤维网络材料等微米多孔材料，开展了实验、计算和理论研究，建立了超级单元胞模型，得到了与实验结果相一致的宏观弹塑性材料参数与微结构间定量关系，并提出了一个宏观唯象弹塑性本构模型；针对横观各向同性蜂窝状纳米多孔材料，开展了压痕响应理论和数值模拟，得到了蜂窝状纳米多孔薄膜横观各向压痕模量、宏观硬度和宏观屈服应力，发现传统的Gibson-Ashby模型在描述高密度的多孔材料时需要进行修正，而经典的混合模型可以正确描述规则性多孔材料面外的力学性能，但不适用于描述面内的力学性能。上述研究揭示了微纳米多孔材料的力学特性以及变形对吸附的影响，有助于促进它们的工程设计和应用。..在项目资助下，获2012年度国家自然科学二等奖1项，在JMPS、IJSS、Mech. Mater.、APL等期刊发表SCI论文13篇、国内期刊论文3篇，培养博士毕业生3人和硕士毕业生3名，参加国际学术交流4人次、国内交流7人次。