鹼金屬摻雜孔性金屬–有機配位聚合物之儲氫效能研究

Alkali Metal Cations Doped Metal-Organic Frameworks(MOFs) Effects on Hydrogen Adsorption

李宗諭

指導教授 ： 陳建瑞 ； 鄧希平

國立清華大學/工學院/材料科學工程學系/碩士(2010年)

摘要

孔性金屬–有機配位聚合物(Metal-Organic Frameworks, MOFs)作為新型儲氫材料是最近10 來年才被報導的，MOFs具備大的比表面積及微小孔洞量，適合作為氣體吸附材料。本研究以MOF-5作為主要研究對象，分別研究MOF-5在不同環境(溫度、濕度)下結構的變化及鹼金屬(Li、Na、K)的添加改質對於MOF-5吸氫量的改變。
在本研究實驗可看出，相較於未摻雜之MOF-5，Li摻雜MOF-5可提升吸氫量24% ；Na摻雜MOF-5可提升吸氫量68%；K摻雜MOF-5可提升吸氫量70%。
在相同的鹼金屬摻雜量下，H2與Li+的鍵結能最強，並依序Li+>Na+>K+遞減。但氫氣的吸附量卻是相反的排序，即K-MOF-5>Na-MOF-5>Li-MOF-5。
根據假設，此乃因為鹼金屬的摻雜造成MOFs的骨架電性改變，使得MOF的骨架滑移，互穿結構減少，進而增加MOF的比表面積及孔洞量，其中又以K的影響最大。然而，過多的鹼金屬添加(在沒有破壞原始MOF-5立方結構情況下)反而會造成表面積及孔洞量下降，此乃因為過量的鹼金屬摻雜會塞住骨架間的孔洞，造成骨架間滑移困難，使得互穿結構增加。 由於MOFs主要是以物理吸附為主，因此其比表面積及孔洞量(微小孔洞量)對於氫氣吸附效果影響很大。

關鍵字

儲氫材料 ； 金屬–有機配位聚合物 ； 鹼金屬摻雜 ； 多孔性材料

參考文獻

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