储氢材料在高分子复合材料中应用研究(2)
1.2 MOFs材料
对于给定的储氢机理，可以将储氢材料分为两大类：化学吸附材料和物理吸附材料[8]。
一般情况下，化学吸附材料是通过化工反应以吸附氢气和高温释放氢气，两者都限制了其潜在的应用。然而，物理吸附材料与氢气间是范德华力作用，这是一个非常弱的相互作用。物理吸附材料比起化学吸附材料有许多优点，例如完全可逆性和非常轻便，快速的吸附/解吸动力学[2]。除此之外，氢气更低的吸收焓，物理吸附比化学吸附产生更小的热量。因此，由于快速的氢气充放，物理吸附更趋于适于存储氢[3]。此外，物理吸附，因其在动力学的优势，被证明比化学吸附更实用。
物理吸附材料，从微孔到中孔，已经研究了包括纳米碳管，活性炭，玻璃毛细管阵列，玻璃微球，笼行水合物，多孔聚合物，掺杂聚合物，共价有机骨架（摩擦因数），以及金属有机框架化合物（MOFs）。除了MOFs材料，以上所述的材料有着两种常见缺陷：首先，它们是几乎不可能通过人工设计的结构来提高储氢能力；其次，通过试验方法来确定特殊的储氢场所有着一定的困难性，这影响了储氢材料的存储容量的提高[22]。然而，MOFs材料可以在很大的程度上避免这两个问题，并有望成为一种理想的储氢材料。
MOFs材料被定义为一组配位聚合物，由刚性的金属离子或簇有机分子组成，以形成一，二，或三文扩展的晶体结构[1]。由于该金属氧化物簇刚性有机结合交联，MOFs材料通常被称为配位混合材料，并表现出良好性能，如几何刚度，化学功能性，或手性。MOFs材料数量结构理论上是有无限的数量的，从微孔到介孔范围的规模，可以通过和各种金属离子有机连接而获得。MOFs材料由于其高结晶性，速度快的拓扑和结构的可调性成为储氢的良好材料[12]。
1.3 MOFs材料的合成
MOFs材料的研究集中在获得大量的固有有利结构应用程序晶体，如储气库，分子分离，检测等，这些可能的结构通常通过基于配体的氢键构造，其负责各种不同MOFs材料的文度关系。迄今为止， MOFs材料的合成有获得详尽的研究，并已出现较大进度，接近了工业应用的需求[11]。
1.3.1 传统合成
常规合成通常称为加氢热或溶剂热方法，该方法引入了通过电加热到反应体系的能量，能量体系包含金属簇和有机连接体。常规合成通常需要接近室温或一定的温度下（通常低于200 ℃）。在这个过程中，溶剂被用作用于防止一个模板金属部位钝化。合成后，将溶剂去掉，金属部位会暴露在空气中并和氢结合，相对较高的温度和较长的反应时间有利于MOFs结构上的稳定[19]。然而，另一方面，常规合成因长时间反应不可避免的要消耗大量时间和大量不同的容积。而且，溶剂分子包含在体系中，一旦被去除，将导致体系的崩溃以及因而导致的表面积缺失。
1.3.2 微波合成[1]
考虑到商业应用，迫切需要开发了一种快速、简便、且低成本的方式来合成MOFs材料。而微波合成方法是通过引进开发微波辐射作为热源，被证明是有一定的效果的。对于微波合成，唯一跟以往的方法不同的是加热方法。在此方法中，用微波炉可以在极短的时间内达到高的温度，协助吸收溶剂，加速化学反应的速率。这种方法的几大固有优势已经被确定，例如如快速的结晶，不同的形态，相位选择性，反应参数的简便。因此，微波合成方法有利于合成快速结晶、相选择性和小尺寸的MOFs材料。
1.3.3 机械化学合成
在机械化学合成中，使用球磨机，用于连接分子和金属盐，以产生混合物所需的MOFs。对比于溶剂辅助微波法，机械化学合成具有绿色化学、无溶剂、工艺方法简单、反应时间短的优点，即使是庞大的定量产量用这种方法原则下也是可以实现的[4]。本次毕业设计的储氢材料就是利用球磨机链接金属盐与氢分子[13]制备的。
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