金属有机骨架(MOFs)衍生材料及其在催化领域的研究进展

金属有机骨架(MOFs)材料是一类具有大比表面积和可调孔结构的新型多孔材料,近年来在催化制备精细化学品领域受到广泛关注。在实际催化过程中,MOFs较差的稳定性制约了其在许多反应中的应用。以MOFs为前驱体制备的MOFs衍生材料能够保留MOFs材料结构上的优势,同时解决其稳定性差的问题,极大拓展MOFs材料在催化反应中的应用。综述MOFs衍生材料在催化领域特别是在加氢和氧化制备精细化学品中的研究进展,并对MOF衍生材料面临的问题及其在催化领域的应用前景进行了展望。

金属有机骨架衍生材料在储能领域的研究进展

金属有机骨架化合物(MOFs)是一类由金属离子和有机配体组合而成的无机-有机杂化材料,具有复杂多孔结构。它们拥有高比表面积和孔隙率,引发了广泛的研究兴趣。MOFs及其衍生材料的独特结构特点赋予其卓越的储能性能。通过选择不同的前体和控制处理条件,可以调控材料的孔隙结构、表面积和化学组成,实现多样化的储能材料设计,在如储能、催化、传感器等领域具有巨大的应用潜力。本文综述了金属有机骨架衍生材料的类别及在储能领域的应用,并探讨了未来的发展前景和挑战,为创造高性能储能材料提供了有益的见解。

金属有机骨架材料在储氢领域的应用

氢能因其可再生、能量密度高和环境友好的特点而被认为是很有前景的清洁能源。然而,由于氢气的体积密度低,氢能存储存在挑战。开发合适的储氢材料是实现高效低成本氢能存储的关键。金属有机骨架材料(MOFs)是一类具有高比表面积、高孔隙率和结构可调变的新型多孔纳米材料,近年来在储氢领域引起了广泛的关注。综述了MOFs作为储氢材料的研究进展,并对MOFs在储氢方面未来的主要研究方向进行了展望。

多孔金属有机骨架材料储氢性能分子模拟

采用优化的DREIDING力场参数,通过巨正则系综蒙特卡洛(GCMC)模拟方法对H2在IRMOF-1、IRMOF-61和IRMOF-62共3种金属有机骨架(MOFs)材料中的吸附平衡性能进行了比较研究.结果表明,该力场能够在全压力范围内很好地复制H2在IRMOF-62材料中的等温吸附曲线;但对低压下H2在IRMOF-61中的等温吸附曲线预测出现低估.与IRMOF-1相比,具有互穿骨架结构的IRMOF-61和IRMOF-62材料在常温下的储氢能力并无明显提高.进一步比较77 K时100 kPa、3.0 MPa下H2在上述MOFs材料中达到吸附平衡时的几率密度分布发现,H2会优先吸附在Zn4O骨架附近靠近苯环的位置;对具有互穿结构的MOFs材料而言,由于其孔腔尺寸缩小,使得H2优先吸附位区域零散化.适当长度的有机配体形成的互穿骨架结构能增强与H2分子之间的相互作用,具备较高的储氢能力;而有机配体尺寸过长则会增加骨架结构中H2吸附死角,对H2的吸附能力反而出现下降.

ZIF-68金属有机多孔骨架材料的催化性能

以咪唑类金属有机多孔骨架材料ZIF-68为载体,采用浸渍法制备了Pd/ZIF-68负载型催化剂。采用XRD、N2吸附-脱附等方法对Pd/ZIF-68进行了表征,并考察了Pd/ZIF-68在苯乙烯选择加氢反应中的催化性能及抗氮、抗硫性能。结果表明,Pd/ZIF-68可有效地催化苯乙烯选择加氢反应,并呈现出良好的抗氮性能。Pd/ZIF-68的催化活性与反应时间、反应温度、反应压力及Pd的负载量等有着密切关系。

由含铝金属有机骨架材料制备的多孔碳在锂硫电池中的应用

采用水热法制备了一种含铝金属有机骨架材料,其在高温下发生炭化得到多孔碳,最后与硫复合制得锂硫电池正极材料.XRD图谱显示在高温炭化时多孔碳样品出现了部分石墨化.N2等温吸附-脱附测试分析显示合成的多孔碳材料含有微孔和介孔结构.对不同载硫量的锂硫电池进行了充放电性能测试,结果显示S质量分数为46.3%的样品在0.01 C倍率下首次放电容量达到1272 mA·h/g;在0.1 C倍率下首次放电容量为934 mA·h/g,循环性能良好.

金属有机骨架衍生氮掺杂多孔炭的制备及其对茜素红的吸附

以金属有机骨架为前驱体,通过高温退火处理得到十二面体结构的氮掺杂多孔炭,用于吸附印染废水中的茜素红。用XRD、扫描电镜、比表面积分析仪对其进行表征。采用静态吸附实验研究吸附剂用量、染料初始质量浓度、溶液pH等因素对氮掺杂多孔炭吸附茜素红染料的影响。结果表明:大比表面积的介孔氮掺杂多孔炭对茜素红印染废水的去除率高达97.5%。

具有裸露金属中心的多孔金属-有机骨架储氢材料

作为绿色能源,氢能受到了广泛关注,而先进的储氢方法则是实现氢能规模应用的关键之一。介绍了多孔金属-有机骨架(MOFs)储氢材料的研究现状、存在的问题、引入裸露金属中心的方法、裸露金属中心元素类型及配位环境对储氢性能的影响。

基于金属有机骨架衍生多孔碳材料用于同时检测对乙酰氨基酚和盐酸多巴胺

以金属有机骨架(MOFs)作为模板,在氮气氛下对其进行热处理,合成了一种金属有机骨架衍生多孔碳材料(MOFs Pyrolysis Porous Carbon,MPPC)。通过扫描电镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱及N2吸附-脱附测试,对其形貌和结构进行了表征。采用滴涂法将MPPC修饰在玻碳电极(GCE)表面,制备了金属有机骨架衍生多孔碳电化学传感器(MPPC/GCE)。运用循环伏安法(CV)、差分脉冲伏安法(DPV)、交流阻抗法(EIS)研究了对乙酰氨基酚(AC)和盐酸多巴胺(DA)在该修饰电极上的电化学行为。结果表明,该电极能同时检测AC和DA,在优化条件下,AC和DA的线性检测范围分别为0.5~3.5μmol/L和11~19μmol/L,检测限分别为0.004μmol/L和0.039μmol/L。该方法电流响应大、灵敏度高、检测限低,在药品检测方面具有潜在的应用价值。

多孔金属有机骨架吸附材料的制备及应用研究

多孔金属有机骨架吸附材料因其具有表面积大、孔径大小分布均匀、孔隙率高等特点引起了人们的广泛关注。本文主要总结了多孔金属有机骨架吸附材料的合成方法、骨架结构设计的影响因素,综述了多孔金属有机骨架吸附材料在催化、气体的储存和分离方面的应用,并对今后的发展进行了展望。

金属-有机骨架制备多孔炭及其应用研究进展

金属-有机骨架材料(MOFs)是一类新型多孔材料,在能量储存、吸附分离等领域有很广阔的应用前景。以MOFs为前驱体和模板制备的多孔炭材料(MOF-C),兼具MOFs孔道可调、比表面积大和多孔炭导电性能强、稳定性高的优势。讨论了MOF-C的制备方法,对其制备过程的影响因素进行总结,介绍了MOF-C材料在能量储存、吸附分离和催化等领域的应用,并对其今后的发展进行了展望。

金属-有机骨架（MOFs）多孔材料ZIF-8的性能研究

研究金属-有机骨架(MOFs)多孔材料ZIF-8的特性,并用其部分替代白炭黑和氧化锌用于轮胎胎面胶。结果表明:ZIF-8的骨架上含有大量金属活性位点,且大部分金属活性位点裸露在外,使其具有更高的催化性能,ZIF-8具有特殊的有机-无机骨架结构,比表面积大,易分散且对小分子吸附性更好;在轮胎胎面胶中加入ZIF-8,可以大幅度降低氧化锌和白炭黑的用量,缩短硫化时间,提高胶料的物理性能,胶料具有更高的拉伸性能且保持较低的温升。

用超临界二氧化碳清洁多孔金属有机骨架

随着超临界二氧化碳处理技术的出现，金属有机物骨架（MOFs）在吸附分子方面获得了快速发展，这是由于超临界CO2技术可以彻底清洁晶体材料的微孔。美国西北大学（Northwestern University）的化学家Andrew P．Nelson，Omar K．Farha．KarenL．Mulfort和JosephT．Hupp报道，与目前清洁新合成材料所用的标准溶剂蒸发技术相比，超临界CO2技术大大增加了MOFs的可用内表面积。

金属有机骨架材料的合成及应用

金属有机骨架(MOFs)材料是目前研究很热的一种新功能材料。本文讨论了金属有机骨架材料的设计原理、制备过程、骨架结构的影响因素以及骨架合成的发展状况,总结了金属有机骨架材料在催化剂、气体的储存和分离方面的应用,并对这种新型多功能材料在设计、合成与应用中的广阔前景做了展望。

金属有机骨架衍生的多活性位点多孔碳氧还原催化剂的制备及其在锌空气电池中的应用

基于金属有机骨架材料的高比表面积和位点分散均匀的特点和石墨烯封装氮化铁纳米材料对于氧气还原反应的高效催化效率的特点,对MOFs前驱体材料进行结构设计,合成设计一种含有多金属的金属有机骨架材料,通过在气体保护下的高温分解方法,一步合成多活性位点的纳米多孔碳材料,探究其ORR催化活性,为高效的锌空气电池的研究与发展提供基础理论数据。

配位不饱和金属-有机骨架材料吸附CO_2的研究进展

配位不饱和金属-有机骨架(MOFs)材料是一种极具潜力的小分子气体吸附分离储存材料。本文回顾了近几年MOFs材料在捕集CO_2领域的发展状况,对近年来研究比较集中的几种金属配位不饱和MOFs材料进行了详细的介绍与比较,如MIL系列、Cu-BTC系列及MOF-74等。该工作为系统地认识MOFs和拓展其未来在CO_2吸附分离领域的应用提供了帮助。本文同时也进一步指出不饱和金属配位的存在对多孔MOFs材料的吸附性能起着重要作用。在多孔MOFs材料对CO_2捕集效果仍不能满足工业需求的现状下,预测合理设计MOFs的金属配位中心且通过活化处理调控MOFs中金属的配位状况,甚至对其孔道表面功能化修饰将是该类型材料的发展方向,并在最后从制备方法、金属中心的选择与表面改性3方面作了总结。

原位溶剂热聚合法制备金属有机骨架/碳化氮纳米片涂覆的固相微萃取纤维用于红茶中农药残留的高灵敏检测

有机氯(OCPs)和拟除虫菊酯(PYs)是两类广泛使用的农药,对自然环境和人类健康具有极大危害。在本研究中,通过原位溶剂热聚合法制备了金属有机骨架/碳化氮纳米片(UiO-66/HOCN)复合材料涂覆的固相微萃取(SPME)纤维,该纤维拥有良好的稳定性,并对OCPs和PYs具有高效的萃取性能。将其与气相色谱-质谱(GC-MS)相结合,建立了用于OCPs和PYs检测的高灵敏分析方法。该方法对9种农药目标物表现出了令人满意的回收率和重现性,具有检出限低(0.03~0.30 ng/L)、线性范围宽(0.1~800.0 ng/L)和线性相关系数良好(≥0.997 8)等优点。将所建立的方法用于实际红茶样品中农药残留的检测,成功地在实际样品中检测出了艾试剂(6.6 ng/L)、α-硫丹(54.7 ng/L)和联苯菊酯(185.8 ng/L)。实验结果表明,所建立的分析方法适用于复杂基质中农药残留的分析和监测。

金属有机骨架化合物PCN 222对酶抑制法的增敏研究

合成了一种命名为多孔配位网络结构222(PCN 222)的金属有机骨架化合物(MOFs),并将其用作农药残留检测中酶抑制法的新型增敏剂。对所制备的PCN 222微观形态、结构、X射线衍射(XRD)和热稳定性进行了系统表征。证明该MOFs是一种多孔的棒状结构(棒状结构主轴为六面体),并具有大的表面积和强的热稳定性。基于PCN 222的性能,在有机磷农药快检中添加PCN 222材料,增强了传统酶抑制法的灵敏性。为进一步研究,将毒死蜱选为模型分析物,在最佳条件下,吸光度变化量提高了68.8%(3 min内)。此外,该方法具有简单、快速、成本低的优点,为复杂样品基质中有机磷农药的测定提供了一种实用工具。

金属有机骨架衍生氮掺杂碳材料的制备及其电化学性能研究

金属有机框架材料(MOFs)因其高比表面积、高孔容以及结构可调控等特性,可用作自牺牲模板或者前驱体合成纳米多孔炭材料。本文选择以沸石咪唑酯基骨架材料8(ZIF-8)为前驱体,并结合KOH活化法,系统研究了活化剂用量对材料孔结构、比表面积以及电化学性能的影响。所得氮掺杂纳米多孔炭(ZDPC)材料具有超高的比表面积和丰富的介孔结构。以其为电极材料,在2 M KOH中构建了对称超级电容器,在50 W kg^(-1)功率输出时,可以提供6.4 W h kg^(-1)的最大能量密度。当最大功率输出为10 k W kg^(-1),器件依然具有5.3 W h kg^(-1)的能量密度,以及良好的倍率性能。在2 A g^(-1)电流密度下循环1万次,未出现容量衰减。

金属有机骨架材料Fe_3O_4@ZIF-67对亚甲基蓝的吸附

本文合成了金属有机骨架材料Fe_3O_4@ZIF-67,并采用FTIR、VSM、SEM、TEM和EDS等方法对样品进行表征。以Fe_3O_4@ZIF-67为载体吸附亚甲基蓝,分别考察了载体用量、亚甲基蓝溶液pH值、溶液初始浓度等因素对亚甲基蓝吸附量的影响。结果表明,Fe_3O_4@ZIF-67材料对亚甲基蓝吸附的最佳条件为亚甲基蓝溶液浓度130 mg/L,振荡时间1 h,pH值为10,骨架材料投放量6mg,此时吸附量最大达334.53 mg/g。重复性实验结果表明,Fe_3O_4@ZIF-67材料至少可以重复利用7次。