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研究生:李宗諭
論文名稱:鹼金屬摻雜孔性金屬–有機配位聚合物之儲氫效能研究
論文名稱(外文):Alkali Metal Cations Doped Metal-Organic Frameworks(MOFs) Effects on Hydrogen Adsorption
指導教授:陳建瑞陳建瑞引用關係鄧希平鄧希平引用關係
指導教授(外文):Chen, Jiann-RueyTeng, Shi-Ping
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:材料科學工程學系
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:125
中文關鍵詞:儲氫材料金屬–有機配位聚合物鹼金屬摻雜多孔性材料
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孔性金屬–有機配位聚合物(Metal-Organic Frameworks, MOFs)作為新型儲氫材料是最近10 來年才被報導的,MOFs具備大的比表面積及微小孔洞量,適合作為氣體吸附材料。本研究以MOF-5作為主要研究對象,分別研究MOF-5在不同環境(溫度、濕度)下結構的變化及鹼金屬(Li、Na、K)的添加改質對於MOF-5吸氫量的改變。
在本研究實驗可看出,相較於未摻雜之MOF-5,Li摻雜MOF-5可提升吸氫量24% ;Na摻雜MOF-5可提升吸氫量68%;K摻雜MOF-5可提升吸氫量70%。
在相同的鹼金屬摻雜量下,H2與Li+的鍵結能最強,並依序Li+>Na+>K+遞減。但氫氣的吸附量卻是相反的排序,即K-MOF-5>Na-MOF-5>Li-MOF-5。
根據假設,此乃因為鹼金屬的摻雜造成MOFs的骨架電性改變,使得MOF的骨架滑移,互穿結構減少,進而增加MOF的比表面積及孔洞量,其中又以K的影響最大。然而,過多的鹼金屬添加(在沒有破壞原始MOF-5立方結構情況下)反而會造成表面積及孔洞量下降,此乃因為過量的鹼金屬摻雜會塞住骨架間的孔洞,造成骨架間滑移困難,使得互穿結構增加。 由於MOFs主要是以物理吸附為主,因此其比表面積及孔洞量(微小孔洞量)對於氫氣吸附效果影響很大。

目錄 3
圖目錄 6
表目錄 10
中文摘要 11
Abstract 12
1. 前言 13
1-1氫能源 13
1-2氫氣的儲存 14
2.理論基礎與文獻回顧 16
2-1 儲氫材料 16
2-1-1儲氫合金 16
2-1-2碳系儲氫材料 20
1. 石墨(graphite) 20
2. 奈米碳管(Carbon Nanotubes) 21
3. 石墨奈米纖維(Graphitic nanofibers, GNB) 21
4. 鹼金屬摻雜的多壁碳奈米碳管(Multiwalled Carbon nanotube)儲氫 22
5. 孔性金屬–有機配位聚合物(Metal-Organic Frameworks) 23
2-2氫氣儲存機制 32
2-2-1孔洞大小對氫氣儲存的影響 32
2-3 BET比表面積測定法 35
2-3-1 BET理論 35
2-3-2 孔徑(孔隙度)分布測定 36
2-3-4 等溫氣體物理吸附形態 37
2-3-5等溫氣體物理吸附 38
3.研究方法 41
3-1 實驗流程 41
3-2 MOF-5的製備 42
3-2-1 化學試藥 42
3-2-2實驗設備 43
3-2-3實驗步驟 44
3-3 LI摻雜改質MOF-5 45
3-3-1化學試藥 45
3-3-2實驗設備 46
3-3-3 實驗步驟 47
3-4 NA摻雜改質MOF-5 48
3-4-1化學試藥 48
3-4-2實驗設備 49
3-4-3 實驗步驟 50
3-5 K摻雜改質MOF-5 51
3-5-1化學試藥 51
3-5-2實驗設備 52
3-5-3 實驗步驟 53
3-6 儀器設備分析 55
3-6-1 P-C-T量測 55
3-6-2 X光繞射分析(XRD) 56
3-6-3掃描式電子顯微鏡分析(SEM)與能量散佈分析儀(EDS) 56
4.結果與討論 59
4-1 MOF-5與MOF-69C 59
4-1-1 MOF-5 59
4-1-2 MOF-69C 63
4-2 LI摻雜MOF-5 (LI-MOF-5) 74
4-3 NA摻雜MOF-5 (NA-MOF-5) 86
4-4 K摻雜MOF-5 (K-MOF-5) 98
4-5 LI-MOF-5,NA-MOF-5,K-MOF-5綜合分析比較 110
5.結論 121
參考文獻 122


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