双金属同构金属-有机框架材料CAU-21-Al/M的合成、 氮气吸附及复合膜性能

doi:10.7503/cjcu20210578

高等学校化学学报 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (1): 20210578.doi: 10.7503/cjcu20210578

双金属同构金属-有机框架材料CAU-21-Al/M的合成、氮气吸附及复合膜性能

张弛¹, 孙福兴²(), 朱广山¹()

^1.东北师范大学化学学院, 多酸与网格材料化学教育部重点实验室, 长春 130024
^2.吉林大学化学学院, 无机合成与制备化学国家重点实验室, 长春 130012

收稿日期:2021-08-16 出版日期:2022-01-10 发布日期:2021-09-26
通讯作者: 孙福兴,朱广山 E-mail:fxsun@jlu.edu.cn;zhugs@nenu.edu.cn
基金资助:
高等学校学科创新引智计划项目(B18012)

Synthesis， N₂ Adsorption and Mixed-matrix Membrane Performance of Bimetal Isostructural CAU-21

ZHANG Chi¹, SUN Fuxing²(), ZHU Guangshan¹()

^1.Key Laboratory of Polyoxometalate and Reticular Material Chemistry of Ministry of Education，Faculty of Chemistry，Northeast Normal University，Changchun 130024，China
^2.State Key Laboratory of Inorganic Synthesis & Preparative Chemistry，Jilin University，Changchun 130012，China

Received:2021-08-16 Online:2022-01-10 Published:2021-09-26
Contact: SUN Fuxing,ZHU Guangshan E-mail:fxsun@jlu.edu.cn;zhugs@nenu.edu.cn
Supported by:
the "111" Project, China(B18012)

摘要/Abstract

摘要：

通过掺杂金属的方式实现了双金属同构金属-有机框架材料的制备, 采用X射线粉末衍射(PXRD)确定了多种金属在双金属CAU-21材料中的最大掺杂量, 使用扫描电子显微镜(SEM)观察了掺杂金属对材料形貌的影响. 热重分析(TGA)结果表明, CAU-21系列材料均具有较好的热稳定性. 氮气气体吸附测试及以CAU-21-Al/M为填料的混合基质膜对N₂气的渗透实验结果与掺杂金属离子尺寸大小呈相反的关系, 证实了双金属可实现对孔道结构及气体吸附性能的调控.

关键词: 同构金属-有机框架材料, 气体吸附, 复合膜气体渗透

Abstract:

The preparation of bimetal isostructural metal-organic frameworks（MOFs）was achieved by doping metals， and the maximum metal doping amounts of CAU-21-Al/M that can maintain the original crystal configuration were obtained from powder X-ray diffraction（PXRD）patterns. Scanning electron microscopy（SEM）was used to observed the influence of doping metals on the morphology of materials， and thermogravimetric analysis（TGA）showed that CAU-21-Al/M（M=Fe， Ga， In， Gd） all had good thermal stability. The results of nitrogen gas adsorptions and the gas permeation experiments of mixed-matrix membranes with CAU-21-Al/M as fillers are inversely related to the size of doped metal ions， verifing that dopping metal can effectively control the pore structure of MOFs.

Key words: Isostructral metal-organic framework, Gas adsorption, Gas permeability of composite membrane

中图分类号:

O647

TrendMD:

张弛, 孙福兴, 朱广山. 双金属同构金属-有机框架材料CAU-21-Al/M的合成、氮气吸附及复合膜性能. 高等学校化学学报, 2022, 43(1): 20210578.

ZHANG Chi, SUN Fuxing, ZHU Guangshan. Synthesis， N₂ Adsorption and Mixed-matrix Membrane Performance of Bimetal Isostructural CAU-21. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(1): 20210578.

图/表 7

Fig.1 Structure schematic of CAU?21(A) and the window of the pore in the CAU?21 structure composed of eight metal oxygen clusters(B)The blue part is shown as one?dimensional channel

Fig.2 XRD pattens of products obtained from experiments with different metals and different doping amounts

Table 1 Comparison of the metal contents in the materials measured by EDX and the feed ratio

MOF code	Molar ratio of Al/M
MOF code	EDX	Feed ratio
CAU?21?Al/Fe?5	72∶28	30∶70
CAU?21?Al/In?6	75∶25	10∶90
CAU?21?Al/Gd?4	94∶6	40∶60

Fig.3 SEM(A—D) and EDS element mapping(E—H) images of CAU?21?Al/M with the metal Fe, Ga, In, and Gd reaching the maximum doping amountsThe purple in the EDS mapping result shows the distribution of Al, blue shows the distribution of In, and yellow shows the distribution of Gd.

Fig.4 TGA results of materials with different dopingmetals reaching the maximum doping amounts

Fig.5 N2 adsorption test results of CAU?21 materials with different doping metals reaching the maximum doping amounts

Fig.6 Histograms of nitrogen permeability of mixed?matrix membranes using PIM?1 as the matrix with 15%(mass fraction) filler under different feed pressures

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