金属有机框架材料用于光催化CO_(2)还原的研究进展

CO_(2)光催化还原转化为有价值的碳氢燃料和化工原料是达成“碳中和”目标的重要途径。金属有机框架材料(MOFs)是一种由有机配位体和金属离子或团簇通过配位键形成的有机-无机杂化材料,具有超高的比表面积、可调的孔结构,并易于功能化修饰,在CO_(2)光催化还原反应中展现出良好的应用前景。总结了基于MOFs的新型功能材料绿色光催化CO_(2)还原的最新研究进展,探讨了改性及功能化MOFs材料及MOFs衍生物的光催化CO_(2)还原反应机理,并从理化特性上分析了材料性能优势的成因。总结了提高光催化还原CO_(2)反应的活性和选择性的策略。在此基础上,对这类新型催化剂面临的主要问题和未来发展进行了总结与展望。

金属有机框架材料在橡胶密封条除味性能中的应用

将金属有机框架材料(MOFs)作为三元乙丙橡胶(EPDM)密封条的除味剂,研究了MOFs对EPDM的硫化行为和力学性能的影响,考察了MOFs对EPDM释放出挥发性有机化合物气味的抑制效果。结果显示,MOFs的加入可促进EPDM的硫化且其力学性能基本不变;MOFs对有机胺和二硫化碳等气味分子具有较好的吸附效果,EPDM的气味等级从4.5降至2.0。

金属有机框架材料在骨组织工程和骨科疾病治疗中的多重应用

背景:金属有机框架材料因其可调节的孔隙率、较大的表面积、生物相容性良好和结构多样等独特的性质在骨组织工程和骨疾病治疗中展现出巨大的应用前景。目的:综述金属有机框架材料在骨修复、关节炎、骨感染和骨肿瘤中的研究进展、运用及优缺点,为后续研究提供参考及策略。方法:检索Web of science、Pub Med和中国知网数据库,英文检索词为“Metal-Organic Frameworks,MOFs,Orthopedics,Bone Repair,Bone Regeneration,Orthopaedic Applications,Bone Tissue Engineering,Bone Infection,Arthritis,Bone Tumor,Osteosarcoma”,中文检索词为“金属有机框架,骨科,骨修复,骨再生,骨科应用,骨组织工程,骨感染,关节炎,骨肿瘤,骨肉瘤”,检索了2015-2023年的相关文献。根据纳入与排除标准对所有文献进行初筛后,最终纳入72篇文章进行综述。结果与结论:(1)在促进骨修复过程中,金属有机框架材料中的金属离子中心能够激活相应信号通路,从而通过促进成骨基因的表达、抑制破骨细胞、促进血管生成、加速骨矿化进程4个方面促进成骨,因此,以钙、锶、钴、铜和镁离子等金属离子作为金属中心的金属有机框架材料在改善骨缺损植入物的性能方面具有很大潜力。(2)以锌/钴金属有机框架为代表的金属有机框架材料能发挥类细胞保护酶的活性,清除活性氧,促进软骨再生,与天然酶相比具有不易失活和更好的稳定性等优势。(3)锌基金属有机框架材料凭借宽带隙、光生载流子的有效分离迁移以及高稳定性的特点,在光催化领域表现出色,广泛用于细菌及肿瘤细胞的杀灭。(4)双金属金属有机框架材料由于额外金属的掺杂,导致结构性能发生优化而具有关键优势,例如锌/镁金属有机框架74具有更高的稳定性进而实现持续抗菌,钽/锆金属有机框架光吸收能力及光催化效率的增加,成为了放疗增敏剂。(5)然而,金属有机框架材料在临床应用中仍面临诸如药物释放的不确定性、生物体内安全性及长期存在可能诱发的免疫反应等挑战.

金属有机框架材料抑藻性能及机理研究进展

全球温室效应不断加剧和氮磷营养物质排放,由此引发的水体富营养化日趋严重,寻求经济、高效的有害蓝藻控制和治理技术迫在眉睫.金属有机框架材料因具有孔隙率高、比表面积大、吸附性能高、反应活性佳、孔径形状可调及功能设计性强等优点,在有害蓝藻治理方面展现出广阔的应用前景.本文综述了MOFs材料对典型绿藻和水华/赤潮藻属的毒理效应,重点分析了MOFs材料抑藻的主要影响因素,阐述了MOFs材料对藻类的致毒作用机理,并对MOFs材料除藻的研究方向进行了展望,以期为MOFs材料的潜在应用提供借鉴和参考.

金属有机框架材料(MOFs)的电子束辐射稳定性

本研究在不同气氛(空气、氮气)、分散液(水、甲醇、乙醇)以及不同剂量条件下对4种典型的金属有机框架材料(MOFs)(MIL-101(Cr)、ZIF-8、UiO-66和UiO-66-NH2)进行了电子束辐照处理。通过傅里叶变换红外光谱、X射线衍射谱和扫描电子显微镜等方法对MOFs材料在辐照前后的化学组成、晶体结构和表面形貌进行表征。结果表明,上述4种MOFs材料在高于5000 kGy的剂量辐照后,其相应的红外特征峰、衍射峰和表面形貌特征均未产生显著变化,表现出了良好的辐射稳定性。这为MOFs材料在辐射环境下的进一步应用提供了研究基础。

金属有机框架材料在食品包装中的功能化应用及其研究进展

目的通过系统梳理金属有机框架材料(MOFs)在食品包装中的功能化应用及其研究进展,明确MOFs在食品包装领域中的优势与面临的挑战,并为未来的研究方向提供指导性见解。方法综合分析相关研究文献,涵盖MOFs在关键气体吸附、抗菌防腐、智能响应、营养素释放、生物相容性与可降解性、工艺成本等方面的研究进展。结果MOFs在食品包装领域展现出气体吸附、抗菌、智能响应等多方面优势,如对关键气体的高效吸附、多种抗菌机制及智能响应特性等;但也存在稳定性差、成本高、消费者接受度低等问题。结论MOFs在食品包装领域潜力巨大,虽面临诸多挑战,但通过多功能集成设计、提高环境响应与智能化水平、深入研究生物相容性与降解性、创新成本效益分析及加强材料协同等方面的努力,有望在该领域发挥更大作用,实现食品包装的创新与发展。

锰基金属有机框架材料{[Mn_(2)(ina)_(4)(H_(2)O)_(2)]·2EtOH}_(n)的电子结构、磁性和吸附性能的理论研究

本文采用密度泛函理论研究了锰基金属有机框架(Mn-MOF)材料{[Mn_(2)(ina)_(4)(H_(2)O)_(2)]·2EtOH}_(n)的电子性质,磁学性质及吸附二氧化碳的性能,结果表明:该Mn-MOF材料是一种反铁磁耦合材料,其高的CO_(2)结合亲和力主要归因于CO_(2)(作为Lewis碱的氧孤对电子)到不饱和金属位点(Lewis酸)的较高电荷转移.本文也对实验中报道的对CO_(2)/N_(2)烟气混合物有高选择性CO_(2)吸附能力进行了验证,理论计算值与实验值有着很好的一致性.

金属有机框架材料在环境污染物吸附上的应用进展

金属有机框架(MOFs)材料作为一种有机-无机杂化材料,有着极高的比表面积和多样化的晶体结构,其可调控的孔隙结构、表面功能化以及丰富的组成使其成为理想的吸附材料。分析了几种类型的MOFs在吸附方面的优势和不足,探讨了孔径、孔道结构、晶胞体积、比表面积、金属节点等晶体结构调控的重要性,并简述了几种合成方法,如水热/溶剂合成法、超声合成法、离子交换法。最后,总结了MOFs对农药残留物、重金属离子、放射性物质的吸附应用进展。

金属有机框架材料对水体中重金属离子去除性能及机理的研究进展

工业化进程的加快导致全球环境污染日趋严峻,尤其是铬、砷、铅、汞、镉、锌、铜及镍等重金属污染极为显著。重金属在水体中多以离子态存在,难以生物降解,将对生态环境和人类健康构成巨大威胁,因此寻求经济、高效的重金属去除方法刻不容缓。水体中重金属去除的方法主要包括离子交换、混凝沉淀、氧化还原、吸附、膜过滤及电渗析等,其中吸附法具有成本低廉、操作简单和适应性强等诸多优点,被认为是去除水体中重金属的优选方法之一。金属有机框架材料(MOFs),因其比表面积大、孔隙率高、活性位点丰富、可调节性强及热/化学稳定性高等特性,被广泛应用于去除水体中的重金属。重点综述了MOFs及其复合材料对铬、砷、铅、汞、镉、锌、铜及镍重金属离子的去除性能,分析了MOFs初始浓度、重金属离子浓度、接触时间、pH值、温度及干扰离子等因素对重金属去除效果的影响。同时,明确了MOFs去除重金属离子的机理。其主要作用机理为吸附、沉淀及氧化还原,其中吸附分为物理吸附和化学吸附,物理吸附主要包括静电引力、扩散作用和范德华力,化学吸附主要包括开放金属位点/配位作用、酸碱作用及氢键作用,而沉淀或者氧化还原伴随在吸附过程中。此外,对今后MOFs材料在重金属污染防治领域的研究方向及潜在应用进行了展望,以期为MOFs材料在环境污染修复领域的研究和应用提供理论基础。

基于金属有机框架材料的VOCs传感器应用进展

采用传感器对挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,VOCs)进行实时监测对人体健康和环境保护具有重要意义。金属有机框架材料(MOFs)可调的孔径和开放的金属位点有利于气体的选择性吸附,被证明是提升气体传感性能的理想材料。本文综述了基于MOF材料的VOCs传感器的主要进展,分析了MOF材料在化学电阻和化学电容传感器中发挥的作用及作用机理,并对该领域面临的主要挑战和前景进行了展望。

金属有机框架材料在水产品安全检测中的应用研究进展

由于养殖环境污染严重、养殖过程中使用违禁药品以及水产品携带天然致病菌等问题,水产品安全事件频发,但是因为目标分析物含量低、水产品基质的复杂性、目标分析物与食品成分的相互作用等问题,使得对残留污染物的分离纯化存在很大困难,迫切需要准确度高、精密度高、检测限低的水产品安全检测方法。金属-有机框架材料(metal-organic frameworks,MOFs)是一种多孔晶体材料,具有比表面积大、热稳定性好、表面修饰可调控等特性。MOFs拥有优异的吸附性能并已成功应用于水产品的安全检测。本文概括了MOFs的主要结构,论述了MOFs吸附机理,综述了MOFs在水产品安全检测残留污染物(渔药、重金属、有机污染物)中的应用,旨在为水产品的安全检测提供参考。

离子液体改性的金属有机框架材料催化CO_(2)与环氧化物环加成反应研究进展

离子液体改性的金属有机框架材料(MOFs@IL)作为一种高活性､高稳定性､易分离的新型催化剂在CO_(2)环加成反应研究中逐渐吸引人们的注意。从催化机理､合成策略､性能表现3个方面介绍了MOFs@IL材料在CO_(2)捕获及转化为环状碳酸盐领域最新研究进展,并对未来发展方向进行总结和展望。

多金属氧酸盐功能化金属有机框架材料的制备、吸附催化性能及在锂硫电池中的应用

锂硫电池因优异的理论比容量(1675 mAh∙g^(−1))和能量密度(2600 Wh∙kg^(−1)),以及活性物质硫储量丰富、环境友好和低成本等优点,有望成为下一代储能电池。然而,在锂硫电池充放电过程中,可溶性多硫化锂极易溶解于电解液,导致氧化还原反应缓慢,且在溶度差作用下扩散到负极参与副反应,从而不可逆地降低了活性材料的含量,进而使锂硫电池出现放电容量低、容量衰减较快等问题。金属有机框架材料是一类以金属或金属团簇为中心、有机配体为连接单元,在共价键的作用下自组装形成的多孔晶体材料,具有较大的比表面积、高孔隙率和高度有序的孔结构及结构可调性等优点,且可被有效人为设计功能化特性。因此,设计了一种具有孔道缺陷的多金属氧酸盐功能化金属有机框架材料(Fe-NENU-5),用作高性能锂硫电池正极的硫载体。Fe-NENU-5的孔道缺陷,一方面可提供载硫与多硫化锂反应的空间,另一方面可使得缺陷孔道内的多金属氧酸盐能够有效吸附和催化转化多硫化锂,从而极大抑制了多硫化锂的穿梭效应,提高了活性物质的利用率。Fe-NENU-5/S正极所构建的锂硫电池在倍率性能和循环稳定性方面远优于NENU-5/S的锂硫电池,在电流密度1 C下循环500次后的放电比容量仍有617 mAh∙g^(−1)。此外,在高载量4.7 mg·cm^(−2)下,锂硫电池放电容量可达3.1 mAh·cm^(−2)。本研究为满足日益增长的能源储能需求,解决锂硫电池放电容量差及循环寿命低的问题提供了理论依据。

金属有机框架材料(MOFs)及其衍生物的电容性能研究

金属有机框架材料(MOFs)及其衍生物是一类具有吸附性能和电化学性能的新型材料。这些材料由无机金属离子和有机配体组装而成,具有大比表面积和多孔的特点,并可合成出各种特殊结构的材料。由于超级电容器具有大功率密度、快速充放电、循环寿命长和环境友好等优点,在新能源领域备受关注。因此,探索金属有机框架材料及其衍生物在超级电容器中的应用潜力具有重要意义。系统研究了金属有机框架材料及其衍生物的电容性能和吸波性能。

基于金属有机框架材料ZIF-8纳米酶酶解全蝎蛋白研究

实验研究金属-有机框架材料水解纳米酶对动物药全蝎蛋白的酶解作用。首先从5种有机框架纳米材料中选出酶解效果最好的水解纳米酶,然后选用已知蛋白牛血清白蛋白(BSA)检测有机框架纳米材料是否具有蛋白酶样活性,并对其酶解工艺进行优化。通过比较5种有机框架纳米材料对全蝎蛋白的酶解效果,得出金属-有机框架纳米复合材料ZIF-8对全蝎蛋白的酶解效果最好。通过对比考察材料用量和酶解时间对酶解结果的影响,得出了最佳反应条件,6 mg的ZIF-8在60℃条件下反应15min的酶解效果最好。综上所述,ZIF-8作为纳米酶酶解过程快速简便,有望用于全蝎蛋白的水解。

金属有机框架材料的结构设计及其抗菌应用研究进展

金属有机框架材料(MOFs)是由金属节点和有机配体组成的多孔晶体,在气体储存、催化降解、传感检测和医药抗菌等诸多领域受到广泛关注。在医药抗菌领域,MOFs不仅可作为良好的药物缓释载体,还兼具生物可降解性、抑制细菌活性等特性,因而成为新一代抗菌材料的研究热点。综述了MOFs的结构设计和特点,从MOFs作为抗菌剂和MOFs作为载体负载抗菌剂进行高效抗菌两个方面详细介绍了其在抗菌领域的应用。

柠檬酸交联环糊精金属有机框架材料的制备及对结晶紫的吸附

环糊精金属有机框架材料(CD-MOFs)是一种绿色环保的新型金属有机框架材料,但由于其水稳定性差,在实际应用中受到了限制。通过交联CD-MOFs和柠檬酸(CA)来提高环糊精基MOFs的水溶液稳定性。研究制备了CA改性的CA-γ-CD-MOF复合材料,并作为吸附剂从水溶液中去除阳离子染料结晶紫。在15mg CA-γ-CD-MOF用量、20℃、pH 6和60mg/L初始结晶紫浓度下,CA-γ-CD-MOF对结晶紫的平衡吸附能力为79.86mg/g,相应的清除率达到99.83%。此外,CA-γ-CD-MOF在经过3次吸附解吸循环,吸附率仍达第一次的98%以上,表现出良好的再生能力。动力学和吸附等温线研究表明,吸附遵循拟二阶动力学,CA-γ-CD-MOF吸附结晶紫是一种自发的单层吸热过程。因此,CA-γ-CD-MOF是一种高效、绿色、可循环利用的吸附剂。

金属有机框架材料合成及其芳香类化合物吸附性能的实验设计

设计了金属有机框架材料合成及其芳香类化合物吸附分离性能的教学实验。通过水热法合成多种具有芳香化合物吸附性能的金属有机框架材料,研究其对2-苯乙醇和1-苯基-2-丙醇的吸附性能。改变NH2-UiO-66合成中氨基基团的比例,结合X射线衍射和比表面积测试分析,了解到氨基基团的引入不影响NH2-UiO-66(n)的框架结构,但会改变比表面积、孔径和孔体积,进而影响其对2-苯乙醇和1-苯基-2-丙醇的吸附性能。该实验有助于学生学习并掌握常用分析仪器的使用方法和数据分析方法,巩固理论知识。

聚乳酸/磁性金属有机框架材料复合熔喷布的制备及其空气过滤性能

为制备一种磁性生物可降解空气过滤用熔喷布,将用水热法合成的磁性金属有机框架材料(MMOF)与聚乳酸(PLA)熔融共混后,再通过熔喷加工工艺制成不同质量比的PLA/MMOF复合熔喷布,对其形貌、结构和性能进行研究。结果表明:随着MMOF质量占比的增加,复合熔喷布中纤维的表面粗糙程度增加,平均直径和孔径也不断增大;当MMOF的含量较高时,复合熔喷布的玻璃化转变温度有所增加,其结晶温度和熔融温度随着MMOF质量占比的增加而升高,加入适量的MMOF对PLA的结晶有异相成核作用,且赋予了PLA/MMOF复合熔喷布磁性;与纯PLA熔喷布相比,PLA/MMOF复合熔喷布的透气率提高,过滤阻力降低,当PLA与MMOF的质量比为1∶0.03时,复合熔喷布的空气过滤效率和断裂强度均达到最大,分别为65.03%和0.21 MPa。

金属有机框架材料的制备及其在食品污染物分离分析中的应用

金属有机框架材料(metal-organic framework materials,MOFs)具有高比表面积、高吸附容量、高稳定性、结构可控、孔隙率可调等特点,在储能和转换器件、光催化剂、抗菌药物吸附,以及催化去除污染物等领域应用广泛。其中,在食品污染物的吸附或分析等相关研究领域具有良好的应用潜力。然而,MOFs材料对于食品污染物的吸附和检测,特别是农药残留、重金属污染和抗生素残留等相关研究的系统综述较少。本文详细介绍了MOFs材料的分类、特性及合成等内容,并系统概括了MOFs材料在食品污染物吸附和检测分析中的应用现状,以期为利用MOFs材料开发针对食品污染物的高灵敏性、高选择性的吸附材料和检测分析材料提供参考。