易剥离镍基二维金属-有机框架晶态材料的制备、结构及表征

二维金属-有机框架纳米片是一类新兴的二维材料,其与块体材料相比具有更多可暴露的活性位点、快速的质子或电子传递等优点。制备易剥离的二维金属-有机框架纳米片的前驱体,即二维金属‐有机框架晶态材料是当前的一大挑战。以廉价且毒性较小的乙醇为反应介质、均苯三甲酸和N-基咪唑为共同配体,通过简单的一锅法制备了结构新颖的镍基二维金属-有机框架晶态材料Ni(C_(9)H_(3)O_(6))(C_(4)H_(6)N_(2))_(2)·0.6(C_(2)H_(5)OH)(1)和Ni_(3)(C_(9)H_(3)O_(6))_(3)(C_(5)H_(8)N_(2))_(6)·3.25(C_(2)H_(5)OH)(2),并对其进行了相关表征和剥离。实验中采用的反应介质乙醇毒性小、价格低廉、对环境污染性小且可循环利用,符合绿色化学的发展要求。该制备方法可为设计合成易剥离二维金属‐有机框架晶态材料提供借鉴。

银纳米粒子修饰的二维金属-有机框架纳米片用于光热增强银离子释放抗菌

近年来,二维(2D)金属-有机框架(MOF)纳米复合材料被广泛的应用于生物医学领域,尤其是在抗菌方面。在此,我们通过光照诱导还银离子成功在二维MOF纳米片上生长银纳米粒子,得到了一种银纳米粒子(AgNPs)修饰的二维ZrFc-MOF(MOF-Ag)纳米片,并将其用于光热增强Ag+释放抗菌治疗。通过水热法和超声处理合成MOF纳米片,然后通过原位光辐照诱导还原在MOF纳米片上生长AgNPs。系列表征结果表明AgNPs成功负载到MOF纳米片上。聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的修饰不仅可以增强MOF-Ag在溶液中的稳定性,还可以增强它的生物相容性。在近红外激光(NIR)照射下,MOF纳米片可以在短时间升温,而温度的升高可以加速AgNPs在溶液中氧化为银离子。通过细菌生长曲线、菌落相对数和细菌形态变化等实验表明PVP@MOF-Ag纳米片具有优异的广谱杀菌性能。此外,2D MOF纳米片良好的光热性能不仅可以增强Ag+的释放,还可以增强细胞膜的通透性,随后进入细菌中的Ag+可以诱导内源性活性氧的产生,从而引发细菌的氧化应激,实现高效抗菌。基于良好的体外抗菌性能,进一步将PVP@MOF-Ag纳米片用于小鼠伤口愈合,在此期间PVP@MOF-Ag纳米片表现出良好的治疗效果和生物安全性。我们的研究结果表明,PVP@MOF-Ag纳米片可以作为光热增强Ag+释放抗菌治疗和伤口愈合的有效平台。

二维MOF-5/PVDF复合膜的制备及其在重金属离子Cu^(2+)吸附中的应用

采用非溶剂诱导相分离法制备二维MOF-5/聚偏氟乙烯(PVDF)复合膜,然后将其用于吸附重金属离子Cu^(2+)。分析MOF-5的形貌、结构和晶型,优化MOF-5/PVDF复合膜的制备工艺参数,并探究最优性能复合膜的可重复使用性能。结果表明:制备的二维MOF-5大小均一、呈明显的薄片状;当MOF-5含量为8%与10%时,复合膜表现出良好的Cu^(2+)去除能力;经过7次循环试验后,复合膜依旧能够保持较好的吸附性能,表现出良好的可重复使用性能。制备了对铜离子具有良好吸附性能的二维MOF-5/PVDF复合膜,并实现了膜的可重复使用。

二维金属有机框架的制备及其在生物传感器领域的研究进展

介绍了二维金属有机框架的物理性质、化学性质、合成方法和应用新进展,对合成方法优缺点进行了对比分析,以及在合成过程中常出现的问题进行讨论和分析。综述了二维金属有机框架的国内外研究进展,重点阐述了二维金属有机框架在DNA检测、H2O2检测、金属离子检测、生物分子检测方面的研究。展望了其广阔的发展和应用前景,对以后的研究重点和发展方向进行了讨论。

二维金属有机框架材料Ni_(3)C_(12)S_(12)的力学性质和电子结构

二维金属有机框架材料是一种新型的二维材料,广泛应用于自旋电子器件、催化电极和气体传感等领域。文章采用第一性原理方法系统地研究了二维金属有机框架Ni_(3)C_(12)S_(12)的结构稳定性、力学性质和电子结构。电荷分析表明C-C和C-S为共价键,而S-Ni为离子键。分子动力学模拟表明该材料具有良好的结构稳定性,应归功于材料中各元素电子轨道的交互作用。计算了该材料的力学性质,其杨氏模量为31.7N/m,泊松比为0.403,剪切模量为11.308N/m。能带结构和态密度显示Ni_(3)C_(12)S_(12)是一种无磁性的间接带隙半导体材料,并存在自旋轨道耦合带隙,有望实现量子自旋霍尔效应。

泡沫镍负载二维金属有机框架及其衍生物耦合阵列用于高活性双效氧电极

氧电催化一般涉及到氧还原反应(ORR)和氧析出应(OER),是诸如燃料电池,金属空气电池和水电解池等能源转换与存储技术的关键步骤.其中,可充电的金属锌空气电池具有较高的能量密度,开发成本较低,运行安全且环境友好.然而,开发并采用高效,低成本且储量丰富的催化材料代替贵金属基电催化剂,仍旧是现阶段尚未完全解决的问题和挑战.最近,金属有机框架(MOFs)以及碳基的金属有机框架衍生物作为高效电催化剂,因其超乎寻常的形貌,结构,组分和功能性的可调节能力,已经逐渐引起了广泛的关注和研究兴趣.因此,本文报道了一种泡沫镍负载的二维金属有机框架及其衍生物耦合阵列作为无粘结剂型ORR/OER双效催化剂,能够实现高比表面积,高电导率和高双功能性,同时避免了使用有机粘结剂的复杂制备过程和不可避免的电池性能影响.与传统设计不同,本文主要通过集成各司其职的不同功能组分并充分暴露电化学活性面积来提高双效电极的整体活性.电化学测试结果表明,耦合阵列电极(R-NCM)相比于MOFs阵列(NCM)和MOFs衍生物阵列(A-NCM)等对比电极,具有显著提高的双效氧电极性能,氧还原反应的起峰电位约为0.90 V,而氧析出反应电流密度达到100 m Acm-2时的过电势为319 m V.由于其在生长–热裂解–再生长过程中所具有的稳定的站立多级二维纳米片结构,所制备的双效氧电极材料表现出显著增强的双官能团性,电化学活性面积,反应动力学和稳定性,并可进一步用于可充电的金属锌空气电池(ZABs).考虑到制备过程的可行性与简洁性,所提出的生长–热裂解–再生长策略不仅能够用于耦合型分级纳米片阵列结构的合成,还能为设计开发相关能源电化学装置的高活性电极结构提供借鉴.

二维金属有机框架及其衍生物用于电催化分解水的研究进展

氢能是一种具有发展前景的可再生清洁能源,电催化分解水是产生氢气的有效途径,设计高效、经济的分解水电催化剂对促进可再生能源的发展至关重要。二维金属有机框架材料(MOFs)具有独特的二维层状结构和灵活可调的化学组成,近年来被广泛应用于电催化分解水领域。二维金属有机框架材料可进一步衍生形成氧化物、磷化物、硫化物、金属-碳复合物等材料,也表现出良好的电催化分解水性能。通过组分调节和结构调控能有效地优化二维金属有机框架及其衍生的材料的本征活性和反应动力学特性,进而提高其电催化性能。此综述介绍了二维MOFs材料及其衍生物在电催化水分解领域的最新研究进展,并展望了其未来研究方向和发展空间。

二维金属有机框架材料的制备及其应用

二维金属有机框架(MOFs)作为一类新型的二维多孔材料,具有厚度小、比表面积大、孔隙率高、可接触活性位点丰富等优点,在众多领域都具有研究和潜在的应用价值。本文简要综述了近年来二维MOFs的制备方法,包括“自上而下”和“自下而上”两种策略。自上而下法操作简单,有广泛的适用性;自下而上法可以通过控制实验条件在一定程度上实现对材料的可控制备。阐述了二维MOFs在电化学储能、催化、传感、气体分离等领域的应用研究。深层剖析了二维MOFs的特性对储能器件电化学性能以及反应催化活性的影响。此外,二维MOFs的高电导率和电荷转移率还促进了其在电化学传感器方面的发展;基于二维MOFs的分子筛膜也越来越受到研究人员的关注。最后指出了二维MOFs存在易团聚、厚度难以精确控制、制取成本较高、产率偏低等问题,提出了解决方案及其未来的发展方向。

二维金属有机框架纳米片的合成及在超电容和电催化领域的应用

二维金属有机框架(2D MOF)纳米片具有丰富且易暴露的表面活性位点、高度有序的孔结构以及多样且可调的化学成分,在电化学能量存储与转化中有利于降低反应电位,提高扩散速率和反应速率.关于2DMOF应用于电化学存储与转化的研究已有大量报道.本文综合评述了近几年2D MOF的合成进展及其在超电容(SC)、析氧反应(OER)、析氢反应(HER)、氧还原反应(ORR)和二氧化碳还原反应(CRR)的应用,并对2D MOF作为电催化材料的研究现状和发展前景进行了总结与展望.

二维金属有机框架材料的剥层及其在选择性检测叶酸中的应用

与块状金属-有机框架材料(MOFs)相比,MOFs纳米片由于其超薄的厚度、大表面积及更多的活性位点而受到越来越多的关注。在表面活性剂的辅助作用下,通过自下而上的策略获得了超薄的MOF-2纳米片,与块状MOF-2相比,MOF-2纳米片呈现出肉眼可见的蓝色荧光,与此同时,MOF-2纳米片具有高选择性和高灵敏度检测水溶液中叶酸的能力,可作为叶酸的荧光传感器。该项工作通过将MOF-2的形貌从块体调整到2D纳米片,提高了其发光性能,同时也为设计和改进二维层状材料性能提供了新的思路与策略。

二维金属-有机框架材料的制备、表征及其在异相催化中的应用进展

金属-有机框架纳米片(Metal-organic framework nanosheets, MONs)是近年来受到广泛关注的一类二维多孔材料,具有超薄厚度、比表面积大、结构可调节及大量可接触的不饱和配位点等优点,被应用于分离、导电、传感、催化等诸多领域中.综述了近年来国内外在MONs的制备、表征及其异相催化相关研究进展.MONs的制备包括"自上而下"和"自下而上"两种策略,自上而下策略操作简单,主要是通过物理化学手段将块状MOFs剥离成MONs;自下而上策略适用范围广,可通过控制实验条件合成MONs.另外,从结构组成、微观形貌、宏观性质等方面对MONs的表征方法和技术进行了讨论.介绍了MONs异相催化主要在有机转化中的应用,包括催化氧化反应、Knoevenagel反应、CO_(2)环加成反应及氢化反应等.最后指出了MONs研究所面临的机遇和挑战.

基于二维材料的色谱固定相制备及应用

自2004年首次报道以来,二维材料因具有纳米级厚度、高比表面积、独特的层状结构和优异的机械性能等特点,受到了广泛关注。在导电、导热、气体存储和分离、膜分离以及催化等领域,二维材料均展现出了广阔的应用前景;其中,最为知名的二维材料是石墨烯,其是由单层碳原子构成的二维晶格结构,拥有较大的比表面积和优良的吸附性能,因而备受青睐。除此之外,二维材料还包括类石墨相氮化碳、氮化硼、过渡金属硫化物等。随着网状化学的不断发展,二维多孔框架材料逐渐受到关注,这类材料拥有纳米片状的形态、一维的孔道结构以及特殊的层间作用力,具有作用力丰富和可设计性强等优势,在色谱分离领域展现出了巨大的应用潜力。本文首先简要介绍了二维材料的合成方法与分离机理,随后着重介绍了近年来二维多孔框架材料在气相色谱及液相色谱固定相应用方面的最新研究进展。同时,本文也涉及了一些其他二维材料在色谱领域的应用,并对二维材料在色谱分离领域的发展前景进行了展望,期望为基于二维材料的色谱分离材料设计及应用提供参考。

高效光催化金属有机框架(MOFs)的构筑策略

面对全球能源短缺和环境污染等问题,发展绿色、可持续的能源来替代传统的化石能源成为迫切需求.太阳能作为一种清洁可再生能源,其有效转化与利用受到了广泛关注.光催化将太阳能转化为化学能,其核心是新型高效的光催化材料.金属有机框架材料(MOFs),是一类由金属或金属节点与多齿有机配体相互连接而成的微介孔材料,具有独特的组成结构和特性,有望成为有应用前景的光催化材料.目前已有一些关于MOFs基光催化的综述,但考虑到该领域在过去几年迅速发展,为了研发高效的MOFs基光催化材料,非常有必要对已经报道的用于提高MOFs基光催化剂性能的策略进行总结.本综述重点总结了已报道的通过调控MOFs基材料的组成和结构的策略来提升其光催化性能的最新研究进展.首先,简要介绍了MOFs基材料的结构特点及其在光催化领域应用的优势,阐述了MOFs基材料光催化的基本原理,提出了影响其光催化性能的关键因素,包括光吸收能力、光生载流子的分离和迁移以及催化活性位点.其次,阐明不同结构调控策略通过优化关键因素进而提高光催化性能的原理,具体包括MOFs基材料中金属掺杂、配体功能化、超薄二维材料构筑以及缺陷工程策略.然后,通过总结典型案例,详细讨论了上述策略如何通过调控MOFs基材料的组成和结构来优化关键因素,从而提高MOFs基材料的光催化性能.最后,针对MOFs基材料光催化所面临的机遇、挑战及其发展趋势提出展望:(1)影响MOFs基光催化剂效率的因素是多方面的,因此将不同策略相结合有利于更好地提高MOFs基光催化剂的性能.除了本文总结的四种构筑策略,最近其它一些关于提升MOFs基材料光催化性能的结构调控策略也有零星报道,如微环境调控、晶面工程等,也值得进一步关注.(2)与无机半导体光催化剂相比,MOFs基材料的结构稳定性较差,因此应特别注意其在光催化条件下的稳定性,特别是MOFs基材料在水中的反应体系.(3)先进原位表征技术的发展和理论研究的深化对于高效MOF基光催化系统的设计及机理研究至关重要.(4)MOFs基材料的多功能性可以使其作为光诱导一锅多步反应的多功能催化材料,应大力开展研究.综上,本文系统地总结了通过调控MOFs基材料的组成和结构从而达到提升其光催化性能的不同策略,并就MOFs基材料光催化所面临的机遇、挑战及其发展趋势提出展望.希望本文能够为深入了解MOFs基光催化体系中组成-结构-性能关系以及从原子水平来设计研发高效的MOFs基光催化剂提供参考.

混合配体构筑的水相高稳定Zn(Ⅱ)金属有机框架铁离子荧光探针

在溶剂热条件下,用咪唑衍生物4,4’-双(2-甲基-1H-咪唑-1-基)-1,1’-联苯(4,4’-BMIB)和2,5-二甲氧基对苯二甲酸(H2DTA)作为混合配体与Zn(Ⅱ)构建出具有荧光性质的金属有机框架,即[Zn(DTA)(4,4’-BMIB)]n(MOF 1)。通过X射线单晶衍射、X射线粉末衍射、红外光谱和热重分析对其进行表征,结果表明MOF 1是一个拓扑符号为(6~3·10~3)的四连接框架结构。此外,MOF 1具有良好的荧光性,能够对水溶液中的铁离子实现高灵敏及高选择的荧光猝灭检测。

碳布生长二维Co-MOF材料电容性能

以2,6-萘二羧酸为配体,通过一步溶剂热法在碳布表面制备了二维Co-MOF纳米片,并探究反应温度和反应时间对材料形貌和电化学性能的影响,经过SEM和XPS表征以及电化学性能测试。结果表明:制备的CoMOF纳米片形貌规整、分布均匀;当反应温度为160℃、反应时间为12 h的Co-MOF/CC的电化学性能最优;三电极测试体系中,当扫描速率为10 mV/s时其面积比电容为211.7 mF/cm^(2),在10 mA/cm^(2)电流密度下经过2000次循环后电容保持率为82.3%。

过渡金属有机框架结构构件及电解水研究进展

金属有机框架(MOF)材料由于其比表面积大、孔隙率高、结构可调控和单分散的活性中心等特性,在吸附分离、气体储存和电催化等领域具有巨大的应用前景,其中,在催化领域的应用尤为突出。目前,利用传统方法所制备的MOF虽然含有具有催化活性的金属,但是MOF中的金属位点通常和有机配体相结合,无法很好的暴露出来,导致在催化过程中表现出来的活性很低。因此大部分关于MOF催化性能的研究,主要集中于MOF与纳米金属粒子相结合的方式。文中总结分析了近年来以不同合成方法制备的零维、一维和二维MOF结构,并对基于过渡金属构建的MOFs材料在电催化水分解的应用进展和面临的挑战进行了分析讨论。

铜基MOF二维材料的制备及其光电流性能

以1,3,5-苯三甲酸和三水硝酸铜为前驱体,通过室温搅拌法成功制备了三维立方体形貌的铜基金属有机框架(metal-organic framework,MOF)材料.进一步地,利用葡萄糖和氨水共同调节反应体系,使三维材料的结构松散并提供稳定环境,得到二维纳米片状材料.对制备的2种材料进行扫描电镜、透射电镜和X射线粉末衍射等表征,并在可见光下进行光电流响应能力和电化学阻抗测试.结果表明,相较于三维铜基MOF材料,二维纳米片状材料因其电阻小而更利于电子的快速转移,故具有更高的光电流性能.

中科院化学所在金属有机框架材料薄膜的可控生长研究中取得进展

二维纳米材料制备技术的快速发展为高性能电子器件的设计与应用提供了重要基础。由于电子器件需要在介电层上进行组装与集成,因此,研究有机分子的自组装行为,在绝缘衬底表面上直接构筑均匀的二维纳米材料对于研究材料的基本物理性质、开发规模化应用具有重要意义。

基于二维MOFs构建MicroRNA荧光传感器的综合分析化学实验及“赛学结合、三位一体评价”的教学模式设计

本综合性实验将二维金属有机框架(2DMOFs)和MicroRNA(miRNA)分析等前沿研究领域引入化学(材料)本科和研究生实验教学中。主要包括2DMOFs材料的合成及表征、基于2DMOFs的荧光核酸探针构建以及将探针用于miRNA荧光分析等,共10个学时。所需掌握的实验技能包含溶剂热法、离心分散和外标法等基本材料合成和分析化学操作以及荧光、红外、X射线粉末衍射等材料表征和分析方法。我们在实验中实施了一种新型的“赛学结合、三位一体评价”教学模式。在该模式中,学生分组开展团队作业、实验和汇报,不仅要记录实验现象和结果,还需对实验过程录像并总结做成PPT。各组间通过“PPT答辩、实验报告和录像”等进行比赛,三位一体决出成绩。学生在实验中不仅学习了大量实验技能,提高了动手能力,拓展了学术视野;而且通过比赛和教学相结合,激发了你追我赶的学习热情,培养了团队合作精神,调动了学习的主观能动性。该实验和教学模式也适合推广至其他综合化学实验教学中。

CD-MOF二维层状膜制备及混合溶剂精准分离研究

随着膜分离技术的迅速发展,其应用于混合溶剂分离以替代传统高能耗精馏等操作受到了越来越多研究者的关注,但制备具有均匀亚纳米筛分孔的分离膜是其面临的挑战。利用苯甲酸诱导各向同性的环糊精金属有机框架(CD-MOF)三维立方颗粒产生错层结构,再通过液相超声剥离法制得CD-MOF纳米片,以此为构筑单元制备二维层状MOF膜。膜内CD-MOF纳米片含有丰富、连通且均匀的本征亚纳米孔(0.78 nm),可识别分子间微小的尺寸差异,实现混合溶剂精准分离。如CD-MOF层状膜对溶解在苯中的均三异丙基苯与二异丙基苯混合液(摩尔比为1∶3)的分离因子达到7.4。此外,膜对溶解在甲醇中的甲基橙染料(1.0 nm)截留率达到99.6%,且甲醇通量达84.3 L·m^(-2)·h^(-1)·bar^(-1)。