鹼土金屬與過渡金屬摻雜孔性金屬-有機配位聚合物之儲氫效能研究

Alkaline-earth Metal Cations and Transition Metal Cations Doped Metal-organic Framworks(MOFs) Effects on Hydrogen Adsorption

鄭瑋昇(Wei-Sheng Cheng)

指導教授 ： 陳建瑞

國立清華大學/工學院/材料科學工程學系/碩士(2011年)

https://doi.org/10.6843/NTHU.2011.00319

摘要

金屬有機骨架化合物，尤其是MOF-5，作為一種新型的孔洞材料，被視為是極具有潛力的儲氫材料。MOF-5在氣體的吸附與儲存上具有極大的潛力，主要是因為它具有很大的比表面積、很大的孔洞量以及很好的熱穩定性。在本實驗中，我們以二價鹼土金屬陽離子(Mg2+, Ca2+) 以及過渡金屬陽離子(Cu2+) 摻雜改質MOF-5儲氫基材，並研究其儲氫性質。
從實驗結果我們發現，當少量摻雜Mg2+離子時，其可以些微的增加氫氣吸附量至3.0wt%，而當過量摻雜Mg2+離子時則會降低MOF-5的氫氣吸附量。另外，摻雜Ca2+ 或 Cu2+離子時皆會使得MOF-5的氫氣吸附量降低。
我們認為，當摻雜Mg2+或Ca2+離子時，其會與MOF-5骨架金屬節點中的Zn2+發生置換，而這樣的置換會些微的破壞MOF-5結構，而導致其比表面積降低，使得其氫氣吸附量也降低。然而，Mg2+離子的置換可以增加MOF-5骨架與氫氣間的交互作用力；而其輕金屬中心的效應也有助於直接提升MOF-5的氫氣吸附量。
另外，Cu2+離子並不能與MOF-5骨架金屬節點中的Zn2+離子發生置換，而是以Cu(CH3COO)2 或是 CuO等形式卡在MOF-5的孔洞骨架之中。因而導致其比表面積降低，使得其氫氣吸附量也降低。

關鍵字

儲氫材料 ； 金屬–有機配位聚合物 ； 多孔性材料 ； 吸附行為

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無資料

並列關鍵字

Hydrogen storage ； Metal-organic frameworks ； Porous materials ； MOF-5

參考文獻

李宗諭“鹼金屬摻雜孔性金屬–有機配位聚合物之儲氫效能研究” 國立清華大學碩士論文

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