第1章 概述 1
1.1 金属－有机骨架材料简介 1
1.2 金属－有机骨架材料的主要研究方向 3
1.2.1 材料合成 4
1.2.2 储能性能 4
1.2.3 分离性能 4
1.2.4 催化性能 4
1.2.5 稳定性 5
1.2.6 其他方面 5
1.3 常见的金属－有机骨架材料 5
1.3.1 IRMOF系列材料 5
1.3.2 具有孔笼－孔道结构的MOF材料 6
1.3.3 MIL系列材料 8
1.3.4 CPL系列材料 9
1.3.5 ZIF系列材料 9
1.3.6 PCN系列材料 10
1.3.7 UiO系列材料 11
1.3.8 混合配体MOF材料 12
1.3.9 混合金属MOF材料 12
参考文献 12
第2章 金属－有机骨架材料的制备方法 17
2.1 MOF材料的合成方法 17
2.1.1 水热／溶剂热合成 17
2.1.2 微波合成 18
2.1.3 超声合成 19
2.1.4 离子热合成 20
2.1.5 电化学合成 20
2.1.6 机械合成 20
2.2 MOF材料活化方法 21
2.2.1 溶剂交换活化 21
2.2.2 高温煅烧活化 22
2.2.3 超临界CO2活化 22
2.2.4 超声活化 23
参考文献 23
第3章 金属－有机骨架材料的计算化学研究方法 28
3.1 量子化学方法 28
3.1.1 第一性原理方法 29
3.1.2 密度泛函理论 29
3.2 分子力学方法 30
3.3 分子模拟方法 34
3.3.1 蒙特卡罗方法 35
3.3.2 分子动力学方法 37
3.4 MOF材料领域计算化学研究综述 39
参考文献 39
第4章 金属－有机骨架材料吸附性能的构效关系研究 44
4.1 氢气的存储 44
4.1.1 MOF储氢量与储氢机理 45
4.1.2 MOF储氢的构效关系 50
4.1.3 提高MOF材料储氢能力的方法与材料设计 53
4.1.4 氢气在MOF材料中吸附的量子化效应 54
4.2 甲烷的吸附 59
4.2.1 MOF材料中CH4的吸附量与吸附机理 60
4.2.2 MOF材料中CH4吸附的构效关系 67
4.2.3 提高CH4吸附量的MOF材料设计 71
4.3 二氧化碳的吸附 75
4.3.1 MOF材料中CO2吸附的构效关系 75
4.3.2 MOF材料静电特性对CO2吸附的影响 80
4.4 其他气体分子的吸附 81
参考文献 83
第5章 金属－有机骨架材料中气体扩散性质的构效关系研究 91
5.1 MOF材料中气体扩散研究简介 91
5.2 MOF材料的金属簇和有机配体对气体扩散性质的影响 93
5.3 MOF材料的互穿结构对气体扩散性质的影响 95
5.4 二氧化碳在MOF材料中的扩散 100
5.5 孔笼－孔道结构对MOF中气体扩散的影响 104
5.6 MOF材料的柔韧性对气体扩散的影响 112
5.6.1 MOF柔性力场研究简介 112
5.6.2 不同气体在同一种柔性骨架材料中扩散的构效关系 114
5.6.3 同一气体在不同柔性骨架材料中扩散的构效关系 118
参考文献 123
第6章 金属－有机骨架材料分离性能构效关系研究及设计 127
6.1 研究方法的开发 128
6.1.1 MOF材料静电特性的研究方法 128
6.1.2 MOF骨架原子电荷的快速估算方法 129
6.1.3 微观选择性 135
6.1.4 “吸附度”及MOF分离性能QSPR模型的建立 136
6.2 吸附分离 138
6.2.1 与CO2相关的吸附分离研究 138
6.2.2 烯烃和烷烃气体混合物的吸附分离研究 155
6.2.3 其他气体混合物 157
6.3 膜分离 165
6.3.1 MOF膜研究进展简介 166
6.3.2 MOF膜的构效关系研究 170
6.4 强化分离效果的途径 174
6.4.1 调整孔径大小及形状 175
6.4.2 引入互穿结构 175
6.4.3 化学改性 175
参考文献 209
第7章 共价有机骨架材料简介 219
7.1 COF材料的吸附与扩散性能研究 220
7.1.1 COF材料的储气性能 220
7.1.2 COF材料中的气体扩散性能 229
7.1.3 COF材料储气性能的构效关系 229
7.1.4 提高COF材料储气性能的材料改性与设计 230
7.2 COF材料的分离性能研究 231
7.3 COF材料的热膨胀与机械性能研究 235
7.4 COF材料的其他性质研究 240
参考文献 241
第8章 MOF材料构效关系研究与设计展望 246
8.1 概念创新 246
8.2 方法创新 246
8.3 面向应用的MOF合成与设计 247
8.4 MOF材料稳定性与力学性能研究 247
8.5 虚拟MOF材料设计与筛选方法开发 248
参考文献 248