无机多孔材料的功能化、组装及应用(吉林大学)
吉林大学22春“药学”《生物制药学》期末考试高频考点版(带答案)试卷号：1
吉林大学22春“药学”《生物制药学》期末考试高频考点版（带答案）一.综合考核(共50题)1.超滤的目的是()。
A.去除沉淀物及病毒B.去除残余的杂蛋白C.与多聚体分离D.进一步去除病毒参考答案：A2.简述酶化学修饰的目的。
参考答案：酶化学修饰目的在于人为地改变天然酶的一些性质，创造天然酶所不具备的某些优良特性甚至创造出新的活性，来扩大酶的应用领域，促进生物技术的发展。
3.某一重组质粒(7.5kb)的载体部分有2个SmaI酶切位点。
用SmaI酶切后凝胶电泳上出现4条长度不同的条带，其长度总和与已知数据吻合，该重组质粒中插入的外源DNA片段上的SmaI酶切位点共有()。
A.5个B.4个C.3个D.2个参考答案：D4.下列哪种物质可以用作固定化酶交联的试剂?()A.乙醇B.乙酸C.戊二醛D.乙酸乙酯参考答案：C下列哪种物质对头孢菌素C的生物合成具有诱导作用?()A.缬氨酸B.苯乙酸C.苯乙酰胺D.L-甲硫氨酸参考答案：D6.简述色谱技术的种类。
参考答案：色谱法有许多种类，从不同的角度，有不同的分类方法。
(1)按两相所处的状态分为气液色谱、气固色谱、液固色谱、液液色谱。
(2)按色谱分离过程的机理分为吸附色谱、气液分配色谱、离子交换色谱。
(3)按固定相形式的不同分为柱色谱、纸色谱、薄层色谱。
(4)按操作形式不同分为冲洗法、顶替法、前沿法。
7.基因工程药物质量控制包括哪几个方面?参考答案：(1)蛋白质含量的测定(2)蛋白质纯度检测(3)蛋白质Mr测定(4)蛋白质等电点测定(5)蛋白质序列分析(6)内毒素分析，宿主蛋白液和酸残留分析8.发酵过程的溶氧浓度的控制。
参考答案：供氧方面：在实际生产中通常从提高氧的容积氧传递系数KLα着手，提高设备的供氧能力。
除增加通气量外，一般是改善搅拌条件。
通过提高搅拌转速或通气流速、降低发酵液的黏度等来提高KLα值，从而提高供氧能力。
改变搅拌器直径或转速可增加功率输出，从而提高α值。
无机多孔材料的制备及功能化研究
一、无机多孔材料的制备方法
1、沉淀法沉淀法是一种常用的无机多孔材料制备方法。该方法是通过向溶液 中加入沉淀剂，使溶液中的离子形成沉淀，再经过滤、洗涤和干燥等步骤得到 多孔材料。沉淀法具有操作简单、成本低廉等优点，但制备过程易受沉淀剂种 类和溶液浓度等因素的影响。
2、水解法水解法是利用某些化合物在水中水解生成氢氧化物或氨水的过程， 制备出具有多孔结构的产品。水解法具有反应条件温和、易于控制等优点，但 水解过程可能会受到水解剂种类和浓度等因素的影响。
3、喷雾热解法喷雾热解法是一种将溶液喷入高温炉中，通过高温反应制备无 机多孔材料的方法。喷雾热解法具有生产效率高、可连续生产等优点，但高温 炉的温度和喷雾液滴的大小等因素会对制备过程和产物性能产生影响。
二、无机多孔材料的功能化处理
1、表面改性表面改性是一种对无机多孔材料表面进行处理的方法，旨在改变 材料的表面性质，提高其应用性能。表面改性方法包括物理涂覆、化学包覆和 离子交换等，改性剂包括金属氧化物、金属氢氧化物和有机物等。
3、pH值 pH值是指材料溶液中氢离子浓度的负对数，是表征溶液酸碱性的指 标。对于某些多孔材料，如硅酸盐和金属氧化物等，其结构和性能会受到溶液 pH值的影响。
四、无机多孔材料的应用领域
1、气体存储无机多孔材料具有高度发达的孔隙结构和比表面积，可用作气体 存储材料。例如，碳纳米管和金属氢化物等具有较高的可逆吸氢性能，被广泛 应用于氢气储存和运输领域。
2、掺杂掺杂是一种向无机多孔材料中引入其他元素或化合物以改善其性能的 方法。掺杂元素或化合物可以改变材料的电子结构、化学性质和物理性能等， 从而优化其应用领域。
3、吸附吸附是一种利用无机多孔材料高度发达的孔隙结构和比表面积，将气 体或液体中的杂质或有害物质吸附在材料表面，从而达到净化或分离的目的。 吸附法具有操作简单、能耗低、可循环使用等优点。
吉林大学无机化学答案
吉林大学无机化学答案【篇一：吉大《无机化学》试卷答案】--- 〇--- --- --- - -----名线姓 --- --- --- --- --- --- --订 - 〇 ---号 ---学-- -- - -- - -- - -- - --装- -- - -- - -- - -- - -- - ---〇-级 -班档 - -- - -- - -- - -- - -- - -----院存学---程---工---与---学〇科---子---电- -- ----： -- ---院---学- ---2012 - 2013 学年第一学期《无机化学》试卷-----------= -373.2 kj/mol，若提高有毒气体no和的转化率，可采取的措施是（b）----a) 低温低压； b) 低温高压； c) 高温高压； d) 高温低压 ---------一选择题（每题2分，共20分）8) 下列叙述正确的是（d）-线a) 因为p轨道是“8”字形的，所以p电子走“8”字形；-----1）实验测得h-2的扩散速率是一种未知气体扩散速率的2.9倍。
则该气体的相对分 b) 主量子数为2时，有2s，2p两个轨道；---子量约为（c）c) 氢原子中只有一个电子，故氢原子只有一个原子轨道；在空间分布的图像。
------封2) 合成氨的原料中氢气和氮气的体积比为3:1，若原料气体中含有其他杂质气体的9）下列原子半径由大到小排列，顺序正确的是（c） -〇体积分数为4%，原料气总压为15198.75 kpa，则氮气的分压是（c） a) mg b si； b) si mg b； c) mg si b； d) b si mg。
-----a) 3799.688 kpa b) 10943.1 kpa c) 3647.7 kpad) 11399.06 kpa---10）具有下列电子构型的元素中，第一电离能最小的是（b）--3242526a) nsnp b) nsnp c) nsnp d) nsnp-----(c, 金刚石)为（kj/mol）（b）---密a) -789.5 b) 1.9 c) -1.9d) 789.5---为166.5 kj/mol，则该---〇--卷5) 下列势能-反应历程图中，属于放热反应的是（c）2）在26.6 g氯仿（chcl3）中溶解0.402 g萘（c10h8），其沸点比氯仿的沸点高0.455 k，则氯仿的沸点- a) 1和3 b) 2和3 c) 1和4 d) 2和4----- 5） 42号元素mo的电子构型为51其最外层电子的四个量子数为---〇（或-1/2）；价层d轨道的符号位4d2，4d，4d，4d，4d。
有序介孔材料的合成及应用
有序介孔材料的合成及应用有序介孔材料的合成方法一般来说，介孔分子筛材料是构成分子筛骨架的无机物种在溶剂相中，在表面活性剂的模板作用下通过超分子自组装而形成的一类有序多孔材料。
最常用的合成方法为水热合成法，其他的如室温合成、微波合成、湿胶焙烧法、相转变法及在非水体系中的合成也有一些报道圈。
选择无机物种的主要理论依据是sol-gel化学，即原料的水解和缩聚速度相当，且经过水热过程等处理后提高其缩聚程度。
根据目标介孔材料的骨架组成，无机物种可以是直接加入的无机盐，也可以是水解后可以产生无机低聚体的有机金属氧化物，如Si(OEt)4、Al(i-OPr)3等。
用于合成介孔分子筛材料的表面活性剂有很多种，但根据亲水基电性质的不同，大致可分为以下四类：①阴离子型，具有带负电的极性基因；②阳离子型，具有带正电的极性基因；③非离子型，极性基团不带电；④两性型，带两个亲水基团，一个正电，一个负电，如三甲基胺乙内醋CAPB（一端是带正电的四元胺基、另一端是带负电的梭基）等。
一表面活性剂的极性头与无机物种之间的界面组装作用力是不同合成体系中形成介孔分子筛的一个共同点。
合成路线的多样化可以通过改变两相界面作用力的类型（如静电作用、氢键作用或配位作用）或调变其大小（如调变胶束表面电荷密度一可以调节两相静电引力大小；调变反应温度可以调节氢键作用力大小）来实现。
不同的无机物种和表面活性剂在不同的组装作用下可形成特定的合成体系，组装成具有不同结构、形貌和孔径大小的介孔分子筛材料。
有序介孔材料的应用化学化工领域有序介孔材料具有较大的比表面积，相对大的孔径以及规整的孔道结构，可以处理较大的分子或基团，是很好的择形催化剂。
特别是在催化有大体积分子参加的反应中，有序介孔材料显示出优于沸石分子筛的催化活性。
因此，有序介孔材料的使用为重油、渣油等催化裂化开辟了新天地。
有序介孔材料直接作为酸碱催化剂使用时，能够改善固体酸催化剂上的结炭，提高产物的扩散速度，转化率可达90%，产物的选择性达100%。
多孔材料及其在领域中的应用
多孔材料及其在领域中的应用随着科技的不断发展，多孔材料在各个领域中的应用越来越广泛。
多孔材料是一类具有高度孔隙度和孔径分布的特殊材料。
它们不仅具有高度的表面积和边界，而且能够在空间上控制孔隙大小和形状，从而具有非常重要的应用价值。
一、多孔材料的分类多孔材料的广泛应用使得它种类繁多，下面我们来看一下这些材料的分类：1、纳米多孔材料：孔径小于5纳米的多孔材料，例如凝胶、金属有机骨架等。
2、介孔材料：孔径范围在2-50纳米之间的多孔材料，例如硅胶、氧化铝等。
3、微孔材料：孔径小于2纳米的多孔材料，例如硅酸盐材料、活性炭等。
4、海绵状多孔材料：具有连续孔隙结构，例如泡沫金属、海绵陶瓷等。
二、多孔材料在吸附分离领域中的应用多孔材料在吸附和分离领域中有着广泛的应用，特别是在环境治理和化学合成中起到了非常重要的作用。
以下是具体细分：1、吸附剂：多孔材料可以按照材料表面上的活性中心对气体、液体和化学物质的吸附能力进行分离，从而发挥其强大的吸附能力。
2、分离剂：多孔材料具有很强的分离效果，可以有效地提高纯度和产品的颗粒度，应用于色谱、分离和浓缩等多种化学技术。
3、催化剂：多孔材料可以形成精确的孔道结构，使得反应物在限定空间内发生反应，起到很好的催化作用。
三、多孔材料在能源领域中的应用随着全球能源的不断紧缺，多孔材料在能源领域中发挥着至关重要的作用，其中应用最广泛的是锂离子电池和超级电容器等电力设备。
1、锂离子电池：多孔材料在锂离子电池中作为电解质，可以更快地将电导通至电极，从而提高电流密度和电池输出功率。
2、超级电容器：多孔材料可以在超级电容器中作为电极，增加电荷贮存密度，缩小电极间距离，增强电容器内的电荷贮存能力和充电速度。
四、多孔材料在生物医学领域中的应用多孔材料在生物医学领域中也有广泛的应用，其中最重要的是用于组织工程和药物传输控制。
1、组织工程：多孔材料在组织工程中可以作为人工材料，用于生物器官再生、组织修复和重建等领域。
无机多孔功能材料
无机多孔功能材料无机多孔功能材料是一类具有特殊结构和性能的材料，具有广泛的应用前景。
本文将介绍无机多孔功能材料的定义、分类、制备方法以及应用领域。
一、定义无机多孔功能材料是指由无机材料构成的具有多孔结构的材料，其孔隙大小和形状可调控，具有特殊的物理、化学和功能性能。
二、分类无机多孔功能材料可以根据其孔隙的大小和形状进行分类。
常见的分类包括：微孔材料、介孔材料和大孔材料。
微孔材料的孔隙直径一般在2纳米以下，介孔材料的孔隙直径在2-50纳米之间，而大孔材料的孔隙直径在50纳米以上。
三、制备方法无机多孔功能材料的制备方法多种多样，常用的方法包括：模板法、溶胶-凝胶法、气相沉积法等。
其中，模板法是一种常用的制备方法，通过在有机或无机模板上进行材料生长，然后去除模板，可以得到具有特定孔隙结构的无机多孔材料。
四、应用领域无机多孔功能材料在各个领域都有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1. 催化剂：无机多孔功能材料具有较大的比表面积和丰富的活性位点，可以作为高效的催化剂载体。
通过调控孔隙结构和孔隙大小，可以提高催化剂的催化活性和选择性。
2. 吸附材料：由于其较大的孔隙结构和孔隙体积，无机多孔功能材料可以用作吸附材料，用于气体和液体的吸附分离。
例如，介孔二氧化硅材料可以用作高效的吸附剂，用于废水处理和气体分离。
3. 气体传感器：无机多孔功能材料对气体的吸附和解吸过程非常敏感，可以用于气体传感器的制备。
通过调控孔隙结构和孔隙表面的修饰，可以实现对不同气体的高灵敏度和选择性检测。
4. 能源存储：无机多孔功能材料可以用作电池和超级电容器的电极材料，用于能量存储和释放。
通过调控孔隙结构和孔隙表面的修饰，可以提高能量存储器件的储能密度和循环稳定性。
5. 分离膜：无机多孔功能材料可以用作分离膜的材料，用于气体和液体的分离和纯化。
通过调控孔隙结构和孔隙大小，可以实现对不同分子的选择性分离。
6. 生物医学应用：无机多孔功能材料在生物医学领域具有广泛的应用，可以用作药物传递系统、组织工程材料和生物传感器等。
无机化学在新材料合成中的应用
无机化学在新材料合成中的应用摘要：无机化学作为化学学科的重要分支之一，广泛应用于新材料的合成和研究领域。
本文将重点介绍无机化学在新材料合成中的应用，包括金属有机框架材料、多孔材料和光电材料等方面。
1. 引言新材料的合成与研究对于各个领域的发展具有重要意义。
无机化学作为一门基础学科，为新材料的合成提供了丰富的理论和实验基础。
本文将介绍无机化学在新材料合成中的三个主要应用领域，即金属有机框架材料、多孔材料和光电材料。
2. 金属有机框架材料金属有机框架材料（MOFs）由金属离子和有机配体组成的晶体结构，具有大比表面积、可调控的孔隙结构和多样的性质。
无机化学在MOFs的合成中发挥重要作用。
首先，选择合适的金属离子和有机配体是合成高性能MOFs的关键。
无机化学家通过对金属离子的选择和配体的修饰，实现了MOFs材料的结构和性质调控。
其次，无机化学在MOFs的结晶过程中发挥了重要作用。
通过调节反应条件和合理设计合成方案，可以控制MOFs的形貌和晶体结构，进而调控其表面积和孔隙结构。
此外，无机化学还为MOFs的功能化合成提供了支持。
利用无机化学的知识，研究人员可以向MOFs中引入功能基团，从而赋予其特殊的性能，如吸附分离、储能和催化等。
因此，无机化学在金属有机框架材料合成中发挥了重要作用。
3. 多孔材料多孔材料是指由具有规则或不规则孔道的固体构成的材料。
无机化学主要应用于多孔材料的合成和性能调控。
首先，通过选择合适的合成方法和反应条件，无机化学可以合成具有不同孔隙大小和形状的多孔材料。
其次，无机化学可以通过适当的掺杂和表面修饰来调控多孔材料的吸附和分离性能。
例如，在气体吸附材料中，无机化学家可以通过改变材料的成分和结构来增强其气体吸附能力。
最后，无机化学还可以通过合成新型多孔材料来拓展其应用领域。
例如，金属-有机骨架材料（MOFs）和共价有机骨架材料（COFs）等新型多孔材料的合成与研究成为无机化学的热点方向。
吉林大学化学学院教学大纲B
无机化学实验（B）课程教学大纲课程编码：07395712课程名称：无机化学实验（B）英文名称：Inorganic Chemistry Experiment B学时/学分：56/2适用对象：生命科学指导教材及参考书：教材：《无机化学实验》，权新军主编，吉林大学出版社，2004年。
参考书：《无机化学实验》（第三版），中山大学等校编，1992年。
主要仪器设备：温度计（玻璃热敏电阻热电偶）；电子天平；pH计；电导率仪；大气压力计(数显压力计)；循环水真空泵；搅拌仪（机械、磁力）；温差测量计；温度控制仪；超级恒温槽；检流计；数字电位差综合测试仪；烘箱；高温炉；离心机；紫外可见分光光度仪执笔人：权新军一、课程性质、目的与任务化学是一门以实验为基础的自然科学。
无机化学实验是无机化学课程的重要环节，是生命科学学院学生的必修课程。
通过实验要达到以下目的：1．通过观察实验现象，经过思维、归纳、总结，从感性认识上升到理性认识，加深对基本理论的理解，培养理论联系实际的作风。
2．熟练掌握基本操作技术，正确使用各类仪器，培养独立操作动手能力和准确取得实验数据的能力。
3．掌握正确记录、数据处理和表达实验结果的方法，训练对实验现象进行分析判断、逻辑推理和得出结论的能力，培养分析和初步解决实际化学问题的能力。
4．培养实事求是的科学态度，百折不挠的科学精神，严肃认真的工作作风，整齐清洁的实验习惯，相互协作的团队精神，勇于开拓的创新意识。
二、教学基本要求由于实验项目较多，要求各有不同。
基本实验能力标准如下：⑴掌握无机化学实验原理⑵掌握无机化学实验基本操作技术⑶掌握无机化学常用仪器的使用方法⑷掌握无机化学实验数据的归纳与处理三、教学内容及要求：1 操作及技术玻璃仪器的洗涤及干燥滴定管、移液管、容量瓶的使用滴定技术电子天平的使用溶液的配制滤纸和滤器的使用加热方法（直接加热水浴加热）搅拌方法（机械搅拌电磁搅拌）冷却方法(冷凝管 水浴 冰盐浴)固液分离（倾析常压过滤减压过滤离心分离)蒸发和浓缩结晶和重结晶（趁热过滤）沉淀转移 洗涤 烘干温度的控制与测量2 化合物的合成无机物制备配合物合成3 物理量及有关参数的测定热力学性质温度热效应化学反应焓变电学性质电导电动势动力学性质反应级数反应速率常数活化能解离常数解离度溶度积常数配位数稳定常数4 无机化合物性质难溶电解质氧化剂还原剂配位化合物弱电解质四、学时分配序号实验项目内容提要实验类型学时分配主要仪器设备实验地点备注1 玻璃仪器的认领与洗涤化学实验规则与安全教育；了解实验常用仪器名称、规格，使用注意事项；学习并练习常用玻璃仪器的洗涤和使用方法。
材料学中多孔材料的应用
材料学中多孔材料的应用材料学是一门研究材料的科学，通过对材料的组成、结构、性质、制备和性能等方面的研究，发展出一系列材料制备和改性的方法，为人类的工业生产提供了强大的支撑。
其中，多孔材料是材料学中一个非常重要的研究领域，因为它们具有特殊的结构和性能，被广泛应用于许多领域，包括能源、环境、医学、化学、电子等。
一、什么是多孔材料多孔材料是一种具有空隙或孔隙结构的材料，它们的空隙大小和形状可以控制。
多孔材料一般分为有机多孔材料和无机多孔材料。
有机多孔材料一般是由高分子材料组成的，例如聚合物、胶体、淀粉等，它们的孔径大小一般在纳米或微米级别；而无机多孔材料则是由无机材料组成的，例如金属、氧化物、硅化合物等，它们的孔径大小可以达到纳米级以下。
二、应用领域1.能源领域多孔材料在能源领域的应用主要是基于它们具有大的比表面积和高的孔隙率的特性。
例如在锂离子电池中，多孔材料可以作为电极材料的载体，提高电极的容量和充放电效率；在燃料电池中，多孔材料可以用于制备电解质膜和电极，提高燃料电池的性能和稳定性；在太阳能电池中，多孔材料可以作为散光层或反射层，提高太阳能电池的吸收效率和转换效率。
2.环境领域多孔材料在环境领域的应用主要是基于它们具有吸附和分离等特性。
例如在水处理中，多孔吸附材料可以用于去除水中的有害污染物，例如重金属、染料、农药等；在大气污染控制中，多孔材料可以用于去除气体中的有害气体，例如二氧化硫、一氧化碳、甲醛等；在生物医学领域中，多孔材料可以用于制备一些医用材料，例如药物传递系统、骨密度增强材料等。
3.化学领域多孔材料在化学领域的应用主要是基于它们具有大的表面积和高的孔隙度的特性。
例如在催化反应中，多孔材料可以作为载体或者配位基团，提高催化活性和选择性；在分子分离和分析中，多孔材料可以用于制备固相萃取柱和色谱柱，提高分离效率和选择性。
4.电子领域多孔材料在电子领域的应用主要是基于它们具有大的比表面积和高的孔隙度的特性。
多孔材料的制备及应用前景
多孔材料的制备及应用前景随着科技的进步，多孔材料在各个领域得到了越来越多的应用。
它具有优异的特性，如高比表面积、良好的化学稳定性、可调控的孔径和孔结构等。
因此，多孔材料在能源存储、环境污染治理、医学和化学等领域有广泛的应用前景。
一、多孔材料的制备方法多孔材料可以分为有机和无机两类。
有机多孔材料一般由高分子单体或聚合物通过溶剂挥发、热处理、自组装等方法制备而成。
其中常见的有孔材料有纳米孔材料、介孔材料和大孔材料。
无机多孔材料则由金属氧化物、纳米材料、金属有机框架（MOF）等无机化合物制备而成。
其中，MOF材料是近年来研究的热点，具有高比表面积、可调控的孔径和结构等优异特性，被广泛应用于催化剂、吸附材料和气体分离等领域。
二、多孔材料的应用前景1. 能源存储多孔材料在能源存储领域有着很大的应用前景。
例如，介孔碳材料可以作为超级电容器的电极材料，因其具有高比表面积、导电性好等优异特性。
而气凝胶则可以作为锂离子电池的负极材料，其高比表面积和孔径大小可以增强锂离子的扩散效率，提高电池的性能。
此外，金属有机框架（MOF）还可以作为氢气和甲烷的存储材料，因其具有高比表面积和可调控的孔径，能够提高气体的存储量。
2. 环境污染治理多孔材料在环境污染治理领域也有广泛的应用前景。
例如，纳米孔材料可以作为吸附剂对废水中的有机物进行吸附，去除水中的有害物质。
而金属有机框架可以作为催化剂，对废气中的有害物质进行转化降解，净化空气。
此外，大孔材料可以作为人工湿地的填料，对废水进行处理，实现水质净化。
3. 医学应用多孔材料在医学领域也有着广泛的应用前景。
例如，介孔材料和纳米孔材料可以作为药物的载体，将药物包裹在材料内部，保护药物不被分解和降解，提高药物的生物利用度和疗效。
而金属有机框架可以作为分子筛进行分子识别和分离，实现药物的精准输送和靶向治疗。
4. 化学领域多孔材料在化学领域也有着广泛的应用。
例如，氧化硅多孔材料可以作为催化剂，参与有机合成反应，促进反应的进行。
第一届全国有机多孔材料学术研讨会-功能有机分子化学国家重点试验室
1,3,5-三嗪基多孔有机聚合物的研究
中南大学
15:00-15:30
王绍磊
新型POSS基有机-无机多孔材料的合成与应用
华中科技大学
15:30-15:50
茶歇
15:50-16:20
王心晨
石墨相氮化碳光催化研究进展
福州大学
16:20-16:50
李磊
气体膨胀液体选择溶胀法制备纳米多孔聚合物
厦门大学
16:50-17:20
附件1：
第一届全国有机多孔材料学术研讨会
(
2014年8月11日(星期一)地点：萃英大酒店
10:00-22:00
报到注册、安排住宿、领取会议资料
18:00-20:00
晚餐(萃英大酒店)
2014年8月12日(星期二)地点：兰州大学新化学楼101报告厅
08:30-08:45
开幕式王为、韩宝航
第一场报告(08:45-12:30)主持人：韩宝航、黎占亭、王栋
晚餐(兰州大学丹桂苑二楼餐厅)
20:00-22:00
墙报展讲地点：兰州大学新化学楼一楼大厅
2014年8月13日(星期三)地点：兰州大学新化学楼101报告厅
第三场报告(08:30-12:20)主持人：王为、朱广山、蒋加兴
08:30-09:00
朱广山
具有活性位点多孔芳香骨架材料的合成及其吸附分离性能
吉林大学
兰州大学
11:20-11:50
张所波
微孔有机聚酰胺纳滤膜及聚酰亚胺气体分离膜
长春应化所
11:50-12:20
张春
Triptycene-Based Microporous Poly-imides: Synthesis and Their High Selectivity for CO2Capture
多孔材料的应用领域
多孔材料的应用领域
多孔材料是指孔隙率高且孔隙呈现连通结构的材料，具有广泛的应用领域。
以下是多孔材料的一些应用领域：
1. 吸附材料：多孔材料可以用作吸附材料，例如吸附有害气体、水中重金属等，常用的材料有活性炭、分子筛等。
2. 催化剂载体：多孔材料可以用作催化剂的载体，可以提高催化剂的活性和稳定性，延长催化剂的使用寿命，常用的材料有氧化铝、硅胶等。
3. 节能材料：多孔材料可以用于制造节能材料，例如隔热材料、隔音材料等。
4. 生物材料：多孔材料可以用于制造生物材料，例如骨植入物、生物反应器等，常用的材料有生物玻璃、生物陶瓷等。
5. 分离材料：多孔材料可以用于制造分离材料，例如膜分离材料、离子交换材料等，常用的材料有聚合物、陶瓷等。
6. 储能材料：多孔材料可以用于制造储能材料，例如电池电容器、储氢材料等，常用的材料有石墨烯、多孔碳材料等。
7. 其他应用：多孔材料还可以用于制造过滤材料、传感器材料、防腐材料等。
总之，多孔材料具有广泛的应用前景和市场需求，随着科技的发展和创新，其应用领域还将继续扩大和深化。
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无机多孔材料在气体吸附分离中的应用研究
无机多孔材料在气体吸附分离中的应用研究气体的吸附分离技术在环境保护、制造业、能源和化工等领域起着重要的作用。
而无机多孔材料作为一种具有特殊结构和优异性能的材料，被广泛研究和应用于气体吸附分离领域中。
无机多孔材料主要包括金属有机框架材料（MOFs）、磁性金属有机框架材料（MMOFs）、多孔金属氧化物和金属磷酸盐等。
这些材料具有高比表面积、可调控的孔径和孔体积以及良好的化学和热稳定性，使其具备了在气体吸附分离中得到广泛应用的潜力。
首先，无机多孔材料在气体吸附分离领域中的应用研究主要集中在二氧化碳吸附和分离方面。
随着全球变暖和温室气体排放的问题日益凸显，CO2的捕获和分离成为了一项迫切需要解决的问题。
无机多孔材料的超高比表面积和可调控的孔径使其成为理想的CO2吸附剂。
研究表明，MOFs、MMOFs和多孔金属氧化物等无机多孔材料在CO2吸附上表现出了出色的性能。
这些材料可以通过调节孔径和表面功能化来实现对CO2的高效吸附和分离。
其次，无机多孔材料在气体吸附分离中的应用研究还包括其他气体的吸附和分离。
例如，在天然气脱水和甲烷的分离中，无机多孔材料也展示出了出色的性能。
研究人员发现，一些MOFs和磷酸盐基材料具有优异的水蒸气吸附性能，可以高效地除去天然气中的水分。
此外，一些磁性无机多孔材料能够选择性吸附和分离甲烷，从而实现天然气中甲烷的高效提纯。
此外，无机多孔材料在气体分离中还可以用于空气净化、气体传感和储氢等领域。
例如，一些MOFs和多孔金属氧化物对有害气体如甲醛和苯具有良好的吸附性能，可以有效净化空气。
此外，研究人员还开发了一些基于无机多孔材料的气体传感器，可以检测和监测环境中的气体污染物。
此外，由于无机多孔材料具有高孔容量和孔径可调控的特点，它们也被广泛应用于氢气储存领域，为氢能的使用和储存提供了新的途径。
综上所述，无机多孔材料在气体吸附分离中的应用研究具有广泛的前景和重要意义。
这些材料以其优异的性能和可调控的孔结构，为气体吸附和分离提供了新的解决方案。
吉林大学化学综合实验无机实验报告
标准谱图 2θ/◦
sinθ
D/Å
1
5.336 0.04655 16.5483
2
8.840 0.07707 9.9952
3
10.683 0.09331 8.2746
4
18.557 0.1612 4.7775
5
21.460 0.1862 4.1374
6
27.440 0.2372 3.2478
7
32.893 0.2831 2.7208
杂多化合物 K5CoW12O40·20H2O 的合成与鉴定 丁星
吉林大学化学学院 10 级 XX 班 学号：XXXXXXXXX
摘要 实验合成 K5CoW12O40·20H2O，用 K2S2O8 做氧化剂，将 Co2+氧化为 Co3+，分 别用醋酸和硫酸酸化反应产物，产物中有较多杂质，经重结晶后控制合适的结晶 速度，可得到纯净的金黄色大棒状晶体（阴离子具有 Keggin 结构）。用红外和 XRD 对产物进行表征。
射线衍射图。将测得的 X 射线衍射图与 ZSM-5 分子筛标准 X 射线衍射图对比， 以确定晶化产物是否为 ZSM-5 沸石分子筛及其纯度。
3．结果与讨论 3.1．ZSM-5 分子筛的 XRD 解析
表 1：样品和标准品 X 射线衍射数据
样品谱图 2θ/◦
17.82 Nhomakorabea8.7
3
14.5
4
20.8
5
23.2
由上表可知，标准图谱中的特征峰在样品图谱中都能找到，其 2θ值基本相同。 但是其中夹杂很多杂质峰，根据样品合成的路线可以判断，杂质主要为 KCl。
2.2 杂多化合物 K5CoW12O40·20H2O 的红外光谱分析
多孔材料化学 从无机微孔化合物到金属有机多孔骨架
本文主要从无机微孔化合物和金属有机多孔骨架的合成化学和结构化学这两方面来介绍 多孔材料化学的研究进展。多孔材料是一类具有规则孔结构的固态化合物，它们在催化、分离、 离子交换等工业领域有着广泛的应用。硅铝酸盐是最为人们所熟知的微孔分子筛，经过半个多 世纪的发展，人们又相继开发出磷酸盐、砷酸盐、锗酸盐、亚磷酸盐、硫酸盐、亚硒酸盐以及 金属硫化物等类沸石无机微孔化合物。近十多年来，配位聚合物与金属有机多孔骨架开始大量 兴起，为微孔化合物的多样化与组成的复杂性增添了新的领域。
氟离子方法是磷酸盐合成路线中的又一重要
突破[31]。氟离子可以作为矿化剂，有助于得到几 乎完美或很少缺陷的微孔分子筛；它还具有一定 的催化功能，在形成 AlPO4-14A 等分子筛时发挥 重要作用；此外，氟离子可以进入微孔磷酸盐骨 架，导致新型结构的形成。氟离子方法还容易产 成超大微孔化合物，比如具有 24 元环孔道的 VSB1[32]，VSB-5[33]；具有 20 元环孔道的 Cloverite [34]， MIL-50[35], ICL-1[36]；具有 18 元环孔道的 MIL-31 [37], MIL-46[38] ； 具 有 16 元 环 孔 道 的 ULM-5[39], ULM-16[40]。
项目申报书CBG若干功能体系的定向设计与构筑
项目申报书C B G若干功能体系的定向设计与构筑The document was prepared on January 2, 2021项目名称：若干功能体系的定向设计与构筑首席科学家：于吉红吉林大学起止年限：至依托部门：教育部中国科学院二、预期目标项目的总体目标：本项目的研究目标是揭示若干功能体系定向设计与构筑中的一些基本规律及原理,进一步发展定向设计与构筑的一些新理论、新方法、新路线.在此基础上,解决功能体系定向设计与构筑的关键科学问题.通过项目的实施,提升我国化学学科前沿科学研究水平和国际地位,培养一批高层次的研究人才,形成在国际上有重要影响的研究群体和基地,为促进化学以及信息、环境、能源、材料、农业及生命等领域的迅速发展提供相关科学基础.五年预期目标:I．揭示功能体定向设计与构筑的一些基本规律和原理：1分子在表界面的自组装规律和基本原理2表界面结构与电子性质的构效基本规律3多孔结构选择性构筑及合成反应规律4金属价态、基元构型、边臂协助的功能作用规律5共价键选择性构建规律II．发展功能体系定向设计与构筑的一些新理论、新方法、新路线：1功能分子表界面有序结构调控的新方法2光电与催化功能体系化学调控的新方法3特定孔道结构设计与定向构筑的理论方法4高选择性构建共价键的理论和新方法III．构筑一些新型功能材料：1基于微纳多级有序结构光电极和新型有机光电功能材料的太阳能电池和光电传感功能材料2性能优良的光电磁功能配合物材料3性能优良的生物质转化催化剂4具有高效催化与吸附分离功能的多孔材料5具有高效催化功能的金属有机化合物材料通过本项目的实施,形成在国际上有重要影响的研究群体和基地,培养一批高层次研究人才,其中包括5-10 名国家杰出青年基金获得者或长江特聘教授,取得诸多具有国际先进水平的标志性研究成果,发表影响因子以上的SCI 检索论文300 篇左右.三、研究方案学术思路：本项目以“分子工程学”为指导思想,以若干功能体系为研究对象,探索分子自组装、表界面及能级结构的调控,多孔空间结构的设计构筑与合成规律,金属价态、基元构型、边臂协助的作用机制,化学键的可控断裂与形成等关键科学问题,揭示相关规律和原理,进一步发展功能体系定向设计与构筑的新理论、新方法、新路线,为促进化学以及信息、环境、能源、材料、农业和生命等领域的迅速发展提供相关科学基础.技术途径：发挥我们在单分子表面自组装研究方面的经验积累和研究特长,通过研究分子基底相互作用和分子间相互作用对于表面自组装过程的影响,建立发展利用表面自组装过程实现分子纳米结构定向构筑的方法.在此基础上,设计构筑功能分子的图案化纳米结构,并研究图案化分子聚集体的新奇物理化学性质.利用分子和纳米层次的表界面表征技术,研究功能体系中表界面物理化学过程,探索功能调控的化学基础,为设计、构筑具有新颖结构和更高性能的分子基功能体系提供基础技术支持和理论思路.利用我们在催化及光电功能体系研制与利用高真空、低温STM 研究表界面结构与电子性质方面的优势,系统开展相关功能体系的设计、定向合成与组装研究,研究表界面结构、能级结构及局域电子态密度对分子选择性活化与能量转化过程的影响规律；利用金属及多金属胶体簇、微纳结构半导体及表面功能化碳材料,发展生物质催化转化和燃料电池催化剂；研制新型微纳多级有序结构光电极和有机光电功能材料,以此为基础发展性能优良的新型太阳能电池等光电功能体系.在多孔催化与吸附分离体系的研究中,以我们在国际上率先建立的多孔材料合成反应数据库和结构数据库为基础,将实验合成与理论模拟相结合,开展功能导向的多孔材料结构设计与定向合成的理论研究；利用各种先进的原位表征技术如SAXS、HRTEM、UV-Raman、NMR 等揭示多孔功能材料晶化过程中选择性构筑及形成机制；建立功能-结构-合成之间的关系与规律；在此基础上,实现多孔功能体系的功能调控,设计构筑一批具有优异催化与吸附分离性质的多孔功能材料.在创建光电功能配合物体系方面,基于分子工程学思想,针对功能的需求,利用量子计算化学和分子力学等方法设计合适的无机金属和有机配体构筑单元,探索基块间识别与自组装规律,构筑具有特定光电功能的零维分子或团簇、一维链、二维层、三维骨架以及类四级结构配合物.根据能量最小原则,充分利用基块的结构构型、基块之间的共价、配位、氢键以及弱的范德华作用,调制基块间电子传递、能量转移和自旋转换等作用,认识调制体系物理化学光电功能的微观机理,改进和发展实现配合物功能体系分子设计的施工方法.在创建活性金属有机化合物催化功能体系中,针对本方向的关键科学问题,将应用金属有机化学中相关概念和原理,如软硬酸碱性匹配原理、抓氢作用、金属阳离子-π 体系弱相互作用、金属d 轨道与π 体系共轭离域稳定化作用、次级配位环境调节等,设计合成具有特定金属构型、低氧化态以及拥有多活性位点的金属有机化合物体系,如低氧化态卡宾-3d 金属化合物、低配位碳二宾-铁系金属化合物、官能团化的金属杂环化合物、丁二烯基双金属化合物、硼杂苯-稀土化合物等,通过各种谱学手段了解其几何及电子结构,探索这些活性金属有机化合物对各类化学键的反应机制,调控金属有机化合物的反应活性及选择性,发展从活性金属有机化合物出发的有机功能分子及聚合物材料合成新方法.在共价键形成中选择性控制、高选择性形成共价键反应的设计、功能分子构建的研究中,通过研究过渡金属催化下碳碳重键、碳杂重键、联烯的选择性断裂、形成过程,研究过渡金属催化下构建碳碳键、碳氟键的选择性,揭示催化体系中配体的配位原子,配体结构、骨架的变化与催化体系中金属中心的变化,以及底物活性的变化等因素对共价键构建中选择性的影响.利用现代分析手段,通过产物结构、反应中间体以及反应跟踪等研究反应过程,了解催化体系、底物活性等与选择性关系,并由此设计、发展若干新型选择性构建共价键的方法.创新点与特色：本项目以功能为导向开展定向设计与构筑研究,在分子水平上基于不同结构层次共价键、分子结构、表界面和电子结构、金属-有机配位结构、多孔空间结构揭示贯穿功能-结构-合成三者之间的基本规律以及原理；将理论计算模拟引入化学理论建设和科学问题研究中,为功能体系的创制提供理论基础.主要创新点如下：1基于分子工程学的思想设计与调控表界面纳米结构,为研制催化与光电功能材料提供科学基础；2根据多孔催化与吸附分离功能的化学基础,设计孔道结构,开发定向设计合成的新路线；3基于能量和结构规则,调制基块间电子传递、能量转移和自旋转换,构建光电磁配合物功能材料；4利用配体与金属中心电性对金属有机化合物活性的调控,发展高活性催化功能材料；5通过配体的空间效应和活性中心微环境的调节,控制共价键形成的化学选择性.可行性分析：本项目研究目标明确,且有良好的工作积累,在一些功能体系的功能-结构-合成关系的研究方面已获得了一些重要的结果.扫描探针显微技术SPM及其它单分子纳米表征技术的发展为深入研究表界面自组装规律、表界面结构及电子结构提供了有效手段；在国际上率先建立的多孔材料合成反应数据库和结构数据库为多孔功能体系的定向设计与构筑提供了重要基础；长期的研究表明,通过配体的配位原子、空间和电子效应可以实现对金属配合物性质的调控.课题组在多年合作的基础上,已经形成了一支在国际上有影响的研究团队,同时项目依托单位也具有良好的实验条件.相信我们能够完成以上所提出的研究计划,在功能体系的定向设计与构筑研究中将取得突破性进展.课题设置：课题一：课题名称：分子基功能体系的组装规律及应用承担单位：中国科学院化学研究所课题负责人：王栋学术骨干：万立骏、白春礼、胡劲松、杨德亮经费比例： %研究目标：从分子层次揭示自组装结构的基本规律和原理,发展可控制造表面纳米结构的定向设计与构筑理论与方法；深入理解功能体系中表界面结构与功能之间的关系,从原理上提出提高功能体系性能的新思路,形成在国际上有特色的研究领域.研究内容：表界面是众多功能体系的基本结构单元.在表界面设计与构筑具有特定图案化结构和功能的二维分子自组装体不仅为研究催化、光电功能材料等研究提供基础支持,而且为发现、创制新的分子基功能体系提供可能.本课题以具有原子分辨的扫描探针显微技术为主要研究手段,辅以各种表面谱学技术和理论模拟,研究并总结分子在二维自组装过程中的普遍规律和基本原理,基于分子工程学的思想设计并调控表界面纳米结构.主要研究内容如下：1. 分子二维自组装的基本原理.研究表面单分子的形态,分子-基底相互作用对表界面单分子的性质的影响；分子组装体中分子间非共价键的种类、性质、定性与定量描述,以及各种非共价键间的相互作用研究；溶剂、浓度、温度、光、电等外场环境条件对于组装结构的调控.2. 功能分子在表界面有序组装结构的调控.以发展表面有序结构构筑的新方法为目标,重点研究分子模板法制备表面图案化结构；大尺度功能分子有序结构的构筑；电,光,溶剂等外场调控的图案化自组装过程等.在此基础上,研究具有特定聚集形态的图案化分子聚集体的物理化学性质.3. 功能分子体系的表界面基础研究.发展从分子纳米尺度上进行电极/电解质界面反应原位观测的表征技术；揭示影响储能材料表界面稳定性的关键因素,探索解决途径,构筑界面稳定的纳米结构储能材料；理解纳米材料体相与界面的离子、电子存储与输运行为,设计并组装出高效、稳定的纳微复合结构电极材料.课题二：课题名称：催化与光电功能体系表界面分子工程承担单位：北京大学课题负责人：王远学术骨干：吴凯、徐东升、刘海超、朱月香经费比例： 16%研究目标：建立催化与光电功能体系表面结构与电子性质化学调控新方法,在分子水平上揭示催化及光电功能体系中表界面结构和能级结构对分子选择性活化与能量转化过程的影响规律.研制出性能优良的新型太阳能电池及光电传感功能材料,对生物质催化转化等化学反应具有优良催化性能的新型催化剂和新型、高效燃料电池催化电极.研究内容：开展催化与光电功能体系表界面分子工程研究,针对国家在可持续能源、资源开发与高效利用、环境保护、先进信息技术与材料等方面的战略需求,系统研究催化及光电功能体系中表界面结构、能级结构的化学调控及构效规律,利用高真空、低温STM,时间分辨光谱等方法在分子水平上研究表界面结构与电子性质对分子选择性催化转化与能量转化过程的影响规律.发展生物质选择性催化转化和燃料电池催化剂；研制基于微纳多级有序结构光电极和有机光电材料的新型太阳能电池和光电传感等功能材料.主要研究内容如下：1. 设计、制备微纳多级有序结构光电极和新型有机半导体等光电材料,以此为基础研制性能优良的太阳能电池及光电传感等功能材料.2. 研制基于金属及多金属纳米簇、微纳结构半导体及表面功能化碳材料的高活性和高选择性生物质催化转化催化剂以及在精细化工及环境保护方面有重要意义的催化剂.3. 研制对C1 至C3 醇氧化具有高活性的燃料电池催化阳极,研制对氧还原反应具有高选择性和高活性的燃料电池催化阴极,探索解决直接醇燃料电池中醇透膜导致电池性能下降问题的新途径.4. 利用高真空、低温STM,时间分辨光谱等方法在分子水平上研究表面结构与电子性质对分子选择性活化、催化转化与能量转化过程的影响规律.课题三：课题名称：多孔功能体系的定向构筑与理论研究承担单位：吉林大学、上海交通大学课题负责人：于吉红学术骨干：徐如人、裘式纶、陈接胜、(LI)激扬经费比例： 22%研究目标：揭示多孔结构选择性构筑及合成反应规律,建立计算机辅助下多孔材料结构设计的理论方法,开发以数据挖掘和理论模拟为指导的定向合成途径,实现多孔功能体系的功能调控,设计构筑一批具有高效催化与吸附分离功能的新型多孔材料.研究内容：以多孔功能体系为研究对象,揭示多孔材料催化与吸附分离功能的化学基础.在计算机辅助下,开展功能导向无机多孔材料的结构设计与定向合成理论方法的研究,为指导具有高效催化与吸附和分离性能的新型多孔功能体系的定向设计与合成提供理论基础.主要研究内容如下：1. 多孔功能材料结构设计的理论方法.在以往我们开展的分子筛结构设计的研究基础上,结合多种计算机模拟技术,开发高效的结构设计的理论方法.根据实际功能的需求,设计具有特定孔道形状、孔道尺寸、构筑基元的多孔骨架结构,建立相关的评价方法,对所设计结构的合理性及可行性进行评估.2. 多孔功能材料合成反应机理的研究.运用多种先进的结构表征技术如SAXS,HRTEM,NMR,UV-Raman 等并结合理论模拟,研究水热或溶剂热体系中多孔材料成核与晶体生长过程中各种无机物种和有机物种间的反应、聚合和组装过程,深入理解多孔材料的选择性构筑及反应机制.3. 多孔功能材料定向合成的理论方法.开发多孔功能材料定向合成的理论方法,包括：1利用数据挖掘方法,在已建立的多孔材料合成与结构数据库的基础上,分析和挖掘合成条件与产物结构之间的关系及规律,从理论上预测构筑特定结构的相关反应条件；2利用理论模拟方法,依据主-客体相互作用,预测适宜导向特定多孔结构生成的有机模板剂,开发以理论模拟为指导的定向合成途径.4. 多孔功能体系的功能调控.在深入研究多孔材料功能结构合成三者关系与规律的基础上,实现功能的调控.设计合成具有特定孔道和功能基元酸中心、活性金属中心及其他功能基元的高效催化与吸附分离多孔材料.课题四：课题名称：配合物体系的光电功能及其分子设计研究承担单位：南京大学课题负责人：杜红宾学术骨干：游效曾、左景林、白俊峰、沈珍经费比例： 15%研究目标：掌握基于分子基块间电子传递、能量转移和自旋转换等作用规律和调制体系物理化学功能的微观机理,改进和发展实现分子设计和晶体工程施工的方法,建立金属-有机配位体系的定向设计与构筑的理论,并利用该理论创建一些在高技术中具有开发前景的新型光电磁材料和新能源材料.研究内容：以在材料、能源、信息和环保等领域有重大应用的特定化学和物理功能为导向,通过配位化学、凝聚态物理和材料科学等学科的相互交叉和渗透,充分发挥及应用物理的谱学实验方法及量子化学理论,特别是从物理和化学原理涉及的微观结构和成键规则,进行超分子化学体系的理论设计和功能的阐明,建立光电功能配合物体系的定向设计与构筑的相关理论.主要研究内容如下：1、光电转化功能配合物体系.通过调变有机配体和金属离子的电子结构和配位构型,构建预期结构和功能的新化合物,研究其基态、激发态的氧化还原性及其光诱导下的电子转移和能量传递过程的机制和影响因素,探索定向合成新型电荷转移配合物、光电转换和超电容能量存储材料.2、单分子和自旋转换磁性配合物体系.在合成及实验基础上,深入阐明单分子磁性与结构相互关系；利用磁性分子工程量子隧穿效应,伊辛模型和磁轨道正交和组态相互作用,调变金属离子和配体间交换和自旋取向,以及通过对磁性分子在空间中排布方式的调控,探索低维配合物型分子磁体的形成过程和磁性的规律,开发新的单链磁体、单分子磁体、高-低自旋转换体系、具有纳米结构的分子磁体等.3、多功能配合物体系.基于能量和结构规则,将不同物理与化学功能的金属离子含有d 和f 电子组态和多样的有机配体包括其大小、形状、识别等空间和立体构型,通过配位键和非共价键联结的作用,有序定向地组装成特殊的柔性或刚性多维体系以及类四级结构,探索分子间的有序多维堆积方式和规律,以及探讨潜在物理性质间的内在联系和协同效应,开展多功能配合物的定向设计与构筑研究,开发新型光电、热电以及多孔光电等复合功能材料,如磁性半导体/导体、多孔磁体、能进行包合分离和存储能源CH4,H2与环境气体CO2以及传感功能的光电功能配合物等.课题五：课题名称：金属有机化合物的定向合成与功能调控承担单位：中国科学院上海有机化学研究所、北京大学课题负责人：邓亮学术骨干：刘元红、陈耀峰、余世超、席振峰经费比例： %研究目标：探索活性金属有机化合物合成新方法,认识活性金属有机化合物与各类化学键的作用模式,总结金属氧化态、金属有机化合物构型、及边臂协助作用对金属有机化合物反应性能的调控规律,开发从活性金属有机化合物出发的有机功能分子及聚合物合成新方法,为创建以金属有机化合物为功能基元的物质转化功能体系提供知识和技术基础,提高我国在金属有机化合物研究方向的国际地位,为我国建设环境友好型、资源节约型社会提供人才和科学技术储备.研究内容：为探索金属中心氧化态、金属有机化合物构型、配体边臂参与对金属有机化合物反应功能的影响等关键科学问题,我们将依据分子工程学研究思路设计和合成活性金属有机化合物,通过对金属中心及配体的调节对金属有机化合物的反应性能的进行控制,发展从活性金属有机化合物出发的有机功能分子及聚合物材料合成新方法.主要研究内容如下：1. 低氧化态金属有机化合物的合成和反应化学.以二价钛系金属、一价及零价铁系金属作为重点研究对象,设计在还原性环境中稳定的配体,选择易与低价金属中心键合的配体组合,通过化学或电化学还原方式由相对高价的金属有机化合物合成低氧化态金属有机化合物,研究活性的低氧化态金属有机化合物与有机分子中的极性及非极性共价键的作用模式,以此为基础发展有机官能团转化及有机功能分子合成新方法.2. 具特定金属中心构型的金属有机化合物的合成和反应模式研究.设计并合成具特定电子及立体效应的辅助配体,如强给电子性的碳二宾配体、具特大空阻的含硫Pincer 配体、软硬配位原子结合的二齿及三齿配体,利用配体的立体效应调节金属中心构型,重点考察金属杂环化合物、低配位3d 过渡金属卡宾化合物、金属-碳二宾化合物等与官能团化的不饱和烃、金属有机试剂、氧化剂和还原剂的反应,探索金属有机化合物的构型对其化学反应性质影响的规律,开发新型、高效的具促进分子转化功能的金属有机化合物催化剂.3. 具多活性位点的金属有机化合物定向合成及其协同作用机制.对含金属-金属和金属-配体等多活性位点金属有机化合物,如以丁二烯为骨架的双金属化合物、硼杂苯-稀土金属化合物、含导向官能团的茂金属化合物等,进行合成及反应化学的研究,建设活性金属中心与活性金属中心复合、活性金属中心与路易斯酸位点复合及活性金属碳键与导向官能团复合等二元功能基元,了解复合基元对底物分子的协同作用机制,发展有机分子转化及聚合物合成新方法.课题六：课题名称：共价键选择性构建及相关规律研究承担单位：中国科学院上海有机化学研究所、浙江大学课题负责人：侯雪龙学术骨干：陆熙炎、麻生明、刘国生、傅春玲经费比例： 22%研究目标：发展系列新型高效、高选择性构建共价键方法,发现共价键构建中选择性控制的共性问题,提出和完善共价键构建选择性控制的新概念.丰富、完善对共价键构建选择性控制的手段,在选择性构建共价键方面发展新方法学,在共价键构建选择性的理论以及新型共价键构建反应设计开发方面取得标志性的成果.研究内容：围绕高选择性构建共价键这一合成科学中的核心问题之一,对影响选择性的因素及其规律,催化剂与底物作用方式、催化效率这些共价键形成过程中的一些基本科学问题展开研究,并基于这些基本问题研究和理解基础上,理性设计高选择性断裂、形成共价键的新方法,在更深层次上探索共价键形成过程中的科学问题,从而逐渐形成我国在共价键构建中选择性控制、高选择性形成共价键的设计、功能分子构建的催化体系和理论.主要研究研究如下：。
吉林大学化学综合实验无机实验报告
杂多化合物K5CoW12O40·20H2O的合成与鉴定丁星吉林大学化学学院10级XX班学号：XXXXXXXXX摘要实验合成K5CoW12O40·20H2O，用K2S2O8做氧化剂，将Co2+氧化为Co3+，分别用醋酸和硫酸酸化反应产物，产物中有较多杂质，经重结晶后控制合适的结晶速度，可得到纯净的金黄色大棒状晶体（阴离子具有Keggin结构）。
用红外和XRD对产物进行表征。
关键词 Keggin结构，酸化，氧化，重结晶，鉴定杂多类化合物的合成最早起源于1826年，科学家BerzeLius发现将钼酸铵加到磷酸中产生黄色沉淀，这就是现在人们熟知的钼黄 (NH4)3PMo12O40。
1848年，生成这种黄色化合物的沉淀法被应用到分析化学上。
但直到1862年Marignac 发现了钨硅酸及其盐后，这些杂多化合物的组成才被确定下来。
到20世纪初，已发现了近60种不同的杂多酸及几百种盐。
现在，人们已经发现有近70种元素可做杂多酸中的杂原子。
杂多化合物已形成了一类庞大而重要的化合物，杂多酸作为高效的均相催化剂早已应用于有机化工生产中。
杂多类化合物在医学、药学、生物化学等领域的潜在应用价值引起了科学家们极大兴趣。
多年来，人们对杂多化合物的研究长盛不衰。
在经典的杂多化合物的合成中，人们研究较多的二种常见组成类型为具有Keggin结构的阴离子[XM12O40]和具有Dawson结构的阴离子[X2M12O62]，目前作为催化剂研究最多，应用最广泛的是Keggin结构。
常用来合成杂多化合物的方法是酸化简单含氧阴离子和所含杂原子的水溶液，加入合适的阳离子，杂多酸盐从水溶液中析出。
在实验中，试剂的加入顺序、合适的反应温度和溶液的pH值的控制都是非常重要的。
在此基础上，我们又采用氧化的方法合成了K5CoW12O40·20H2O，并对其进行了表征。
（a）（b）图：α—Keggin结构和Mn3O13 单元（a）结构；（b）单元1.实验部分1.1仪器和试剂抽滤装置，烧杯，量筒，煤气灯，搅拌棒，电子天平，精密 pH 试纸，石棉网，三脚架，红外光谱仪，X射线衍射仪。
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第一节多孔材料的概述1.1.1多孔材料的分类多孔材料的重要特征是孔的种类和属性，具体包括孔道与窗口的大小尺寸和形状、孔道维数、孔道走向、孔壁组成等性质，可以按照不同标准来划分多孔材料的类型。
如按孔道结构可以划分为一维（1-dimensional）孔道结构、二维（2-dimensional）孔道结构、三维（3-dimensional）孔道结构等；按孔道走向可以划分为直形（straight）孔道，弯形（curved）孔道等；按孔壁组成可分为非金属无机材料，金属无机材料，有机-无机杂化材料等。
国际纯粹和应用化学协会（IUPAC）以孔径尺寸为标准将多孔材料定义为三类（图 1.1）：微孔材料（Microporous Materials，孔径小于2 nm）、介孔材料（Mesoporous Materials，孔径在2-50 nm之间），大孔材料（Macroporous Materials，孔径大于50 nm）。
此外，多级孔材料（微孔-介孔、微孔-大孔、介孔-大孔）成为多孔材料研究的又一热点领域，是新一代材料的代表。
1.1.2微孔材料为了便于介绍，我们按照结构和组成的特点分类介绍，分别为沸石分子筛，类分子筛空旷骨架材料，金属-有机骨架化合物（MOF）。
a) 沸石分子筛天然沸石最早在1756年由瑞典矿物学家Cronstedt发现，它是一类天然硅铝酸盐矿物，并且在灼烧时会产生气泡膨胀的类似沸腾的现象，因此将其定义为沸石。
在长期实践活动中，人们逐渐对天然沸石的性质有了一定的了解，如可逆性脱水和吸水、离子交换、气体吸附等，由此人们认识到这种材料的重要性。
直到二十世纪四十年代，以Barrer R.M.为首的沸石化学家成功模仿天然沸石的生成环境（火山沉积物与碱性湖水共存生成沸石），在水热条件下加热碱和硅酸盐的水溶液，合成出来首批低硅铝比的沸石分子筛。
此后，大批科研工作者采用高温水热合成技术对新型沸石分子筛进行了大规模，系统地挖掘。
随着工业化的日渐成熟和不断发展，沸石分子筛的应用领域越来越广，尤其在石油加工和石化工业中地位显著。
虽然许多种天然沸石被勘探出来，但是为了满足工业上大规模的需求，人工沸石分子筛的合成显得尤其重要。
沸石分子筛是无机微孔晶体材料中最重要的家族，截止到目前，国际分子筛协会（IZA）结构委员会网站上最新版本的“Atlas of Zeolite Framework Types”（分子筛骨架类型图集）中收集的分子筛骨架结构类型一共有194种。
传统意义的沸石分子筛是以硅氧四面体（TO4）为基本结构单元，通过四面体顶点氧原子作为氧桥，将基本结构单元相连接构成有规则的笼或孔道，如图1.2所示。
它们还可以通过共顶点首尾相连组成多元环，如四、六、八元环或者双四、双六、双八元环，这是分子筛的次级结构单元（SBU）。
骨架T原子还可以替换为Al、P 原子，少数情况下可以是其它原子，如B、Ga、Be等。
许多沸石分子筛具有催化活性，是硅铝酸盐，化学通式为Ax/n(SiO2)(SiO2)x·mH2O(A:骨架外阳离子，价态为n)。
分子筛骨架中存在一些特征的笼型结构单元：如方钠石笼（如图 1.3），经双四元环连接构成LTA型骨架（A型分子筛），经双六元环连接构成FAU型骨架（Y或X型分子筛）；钙霞石笼与双六元环交替连接构成笼柱，形成LTL型骨架（L型分子筛）。
这些笼在分子筛的应用中起到了非常重要的作用，在本章的第二节将具体介绍。
另外，分子筛骨架中还存在着特征的链和层状结构单元以及周期性结构单元。
链状结构单元有双锯齿形链、双之字形链、双机轴链、短柱石链、Pentasil链等。
MFI型分子筛骨架就是由Pentasil链构成，它是由边共享的笼组成，是高硅分子筛家族的特征链，镜像对称关系的两个Pentasil链交替连接，形成带有10元环网层，网层间进一步连接成三维骨架结构，骨架中含有两种相互交叉的孔道体系（如图1.4）。
1961年Barrer R.M.和Denny P.J.将有机季铵碱引入沸石合成体系中合成一批富硅沸石，提出了模板剂的概念。
将有机季铵碱作为模板剂引入到沸石分子筛合成中在沸石分子筛发展史上具有重要意义，大量的有机分子被利用，并且合成出很多新的拓扑结构的沸石。
沸石分子筛的孔径大小随模板剂或其它填充物的不同而不同，表1.1中列出了不同孔径与对应的代表沸石分子筛。
b)类分子筛空旷骨架材料1982年磷酸铝分子筛被发现，类分子筛空旷骨架化合物出现，极大丰富了微孔晶体材料的组成化学和结构化学。
空旷骨架微孔材料化合物的结构类型迅速增加起来，骨架元素种类丰富，已经涉及到元素周期表上大部分主族元素和过渡金属元素。
不同于经典分子筛结构，它们的骨架有TOn（n=3、4、5、6）多面体构成。
它们具有新颖的3D骨架结构、2D层状结构、1D链状结构、0D团簇结构。
他们的孔道或笼中通常由模板剂分子（有机胺）或水分子等其它客体物种所占据。
但与分子筛相比，多数的空旷骨架的类分子筛化合物热稳定性较低。
从发展的角度看，它们为完善应用方面的需求提供了巨大的储备资源。
1992年吉林大学徐如人与霍启升成功合成具有最大的20元环孔道的JDF-20，成为超大微孔磷酸铝合成发展史上的里程碑。
JDF-20的20元环椭圆形孔道孔径达14.5×6.2A，它的10元环与8元环孔道交叉构成迄今位置具有最大孔径的微孔磷酸铝，孔道中有四个三乙胺分子与孔壁上的P-OH以H-键相连。
到目前为止，已有几百种类分子筛空旷骨架类型被报道，骨架元素组成丰富，主要有磷酸铝系列、磷酸盐系列、亚磷酸盐系列、硼酸盐系列、氧化锗或硅锗系列等。
近几年，类分子筛空旷骨架材料的合成发展很快，从最初的水热合成法，发展到溶剂热合成法、离子液热法、微波法等等。
但是，由于这类化合物的孔道通常被模板剂分子所占据，模板剂除去又极易引起骨架结构破坏，不能成为自由孔道，所以从严格意义上讲它们不属于微孔化合物，想要达到实际应用还有一段距离。
c)金属-有机骨架化合物（Metal-Organic Frameworks，MOF）近几年来，微孔材料的范畴被扩展到配位聚合物，称为是金属-有机骨架化合物，它们通常指有机配体与金属离子经自组装形成具有周期性网络结构的金属-有机骨架晶体材料。
金属-有机骨架化合物作为一种新型功能性晶体材料不仅具有丰富的空间拓扑结构，而且在气体存储和分离、光、电、磁、手性拆分以及催化方面都拥有巨大的应用前景。
这类材料结构通常非常空旷，这使它们在气体存储方面获得巨大优势，但一般情况下结构的空穴被大量有机溶剂分子所占据支撑，相对于分子筛材料非常不稳定。
最经典的金属-有机骨架化合物应当是1999年O.M.Yaghi研究小组以对苯二甲酸（1,4-BDC）为配体，合成出含有Zn4(O)O12C 6簇的金属有机化合物MOF-5，其孔径达18.5A（如图1.5）。
MOF-5具有类分子筛CaB6拓扑结构，在空气中加热至300°C下可稳定存在，客体分子除去后，晶体不仅能够完整保持并且可以吸附氮气、氩气等多种有机溶剂分子。
MOF-5的Langmuir比表面积高达2900 cm2/g。
2002年，Yaghi研究小组成功构筑了孔径跨度从3.8A到28.8A的IRMOF（IsoreticularMetal-OrganicFramework）系列类分子筛材料，其中一部分孔径超过20?，达到了介孔尺寸。
另外，G.Férey和吉林大学裘式纶、霍启升小组也在配位聚合物设计合成方面做了大量优秀的工作。
1.1.3介孔材料1992年，美国Mobil公司报道了首例有序介孔二氧化硅M41s系列材料的合成，开启了介孔材料研究的大门，被认为是分子筛发展史上又一新的里程碑。
随后，通过调节表面活性剂的浓度，他们又得到了不同结构的有序介孔二氧化硅材料，除了二维p6mm六方结构的MCM-41，还有Ia3d立方结构的MCM-48和层状介孔材料MCM-50，构成MCM系列介孔分子筛，它们的结构如图1.6所示。
介孔分子筛的诱人之处在于它具有许多优良特性：高比表面、高孔容；基于纳米尺度上高度有序的孔道、孔径单一分布，并且孔径尺寸可以在很宽范围内调节；具有不同的孔道形状、结构、孔壁组成；在催化、吸附、生物等方面有广泛应用前景。
介孔材料的机理研究：MCM系列介孔分子筛的合成过程是将离子表面活性剂的超分子聚集态作为结构导向剂与无机物种相结合，这与传统的微孔分子筛的合成原理有类似之处，即有机物种作为模板支撑孔道的原理。
具体来说就是利用表面活性剂形成胶束作为模板，通过溶胶-凝胶的过程，在有机物种与有机物之间的界面引导下通过某种结合力作用，自组装成规则有序的介孔材料。
然而，微孔分子筛的孔壁是高度结晶的，而介孔分子筛的孔壁是无定形的二氧化硅，所以与微孔分子筛相比水热稳定性较差。
为了更好的解释介孔材料的形成过程，许多机理被提出，Mobile 公司最早提出了“液晶模板机理（liquid crystal template,LCT）”，即将表面活性剂生成的液晶作为介孔结构的模板剂，图 1.7为该机理的路线图，路线a 为表面活性剂的液晶相在加入无机反应物之前产生，路线b是在加入无机反应物之后形成。
路线a的说法很快被否定，研究者们就路线b提出许多具体描述，具有代表性的有Davis提出的“棒状胶束组装”机理，Firouzi和Stucky等人提出的“硅酸液晶”机理，和Stucky及霍启升提出的“协同自组装”机理。
目前看来，由霍启升等人提出的“协同自组装”机理被广泛接受,因为它能够解释不同合成体系的实验现象和结果，并且在一定程度上能够指导实验。
该机理认为介孔材料的合成中，无机和有机分子级物种之间通过协同作用最终形成有序的排列结构，它们的相互作用是关键（如图 1.8）。
协同模板主要有以下三种类型：(1)靠静电相互作用的电荷匹配模板(cooperative charge matched templateing);(2)靠共价键相互作用的配位体辅助模板(ligand-assisted templateing)；(3)靠氢键相互作用的中性模板（neutral template）。
在不断完善以后，该机理具有一定的普遍性，它可以指导和发现新的合成介孔材料的途径，因此介孔材料的合成由介孔硅酸盐或硅铝酸盐延伸到其它非硅组成的介孔化合物上，如介孔磷酸盐、介孔金属氧化物等。
科研工作者可以通过改变模板剂种类和浓度、控制实验条件及合成工艺、采用有机添加剂等办法合成出不同孔道大小和孔道结构的硅酸盐及硅铝酸盐介孔材料，继MCM系列之后，具有代表性的介孔分子筛是赵东元等人在强酸条件下，利用嵌段共聚物（P123、P108、P127）为模板剂制备的SBA-n系列介孔材料，其中SBA-15介孔材料的孔径可以在非常大的范围内调变，与MCM系列相比、孔壁厚、稳定性高，有微孔连接介孔孔道形成三维连通结构（如图 1.9），其合成方法对其它材料的合成是很好的借鉴，并且该材料在许多应用方面普遍被研究，如负载催化剂或功能材料、作为硬模板合成“非硅”多孔材料、孔壁的有机-无机杂化。