氢键有机骨架材料的合成及性质研究

氢键有机骨架材料(Hydrogen organic frameworks,简称HOFs)是一类高度有序的新型多孔晶态材料,通过氢键,π-π堆积以及Van der Waals相互作用将主要是由轻元素(如C、H、N等)组成的离散的有机小分子结构单元自组装而成。该材料不仅具有高比表面积,多孔性,低密度,结构可预测性与结构可调节性的特点,而且还具有温和的合成条件,溶液可加工性和易再现性的独特特性,近年来引起了科学家们的广泛关注。本文简述了近几年来HOFs的合成方法及相关的应用,如气体吸附和分离、重金属检测、质子传导、催化、荧光传感等,并对目前存在的问题和应用前景进行了总结和展望。

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。

柱撑壳聚糖的氢键密堆积结构制备生物安全的高性能保润材料

保润剂材料内部含有大量亲水基团,能够增加或长期保持物质的含水量,在医疗保健、食品、化妆品和药品等领域应用广泛.壳聚糖分子具有可生物降解、无毒及抗菌等多种优点,是一种高性能的保润剂.然而,其链中存在多个氢键,这种氢键密堆积结构导致水分子无法储存在颗粒内部,严重削弱了材料的吸水和储水能力.本文采用共价偶联方法,使苯甲酸与壳聚糖发生脱水聚合反应.疏水性苯基结构单元能够将亲水性的柔性链进行柱撑,从而形成水分子的存储空间.基于这种独特的设计,制得材料的比表面积比原来的壳聚糖提高了9倍多,吸水能力也相应提高了3倍多.安全性测试结果表明,小鼠在口服壳聚糖基多孔保润剂后,蛋白质水平均无明显变化,证实了壳聚糖基多孔保润剂没有生物毒性.将壳聚糖多孔保润材料均匀分布在试纸上后,试纸的失水量比商用丙二醇分布的试纸减少了20%.

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。

金属有机骨架材料催化转化CO_(2)应用研究进展

二氧化碳(CO_(2))排放量不断增加,加剧了环境问题,二氧化碳转化和利用成为实现“碳中和”化学工业目标的关键所在。与CO_(2)捕获和存储技术相比,将CO_(2)转化为有价值的化学品或能源燃料被视为解决能源与环境问题的有效策略。催化剂在这一领域扮演关键角色。近年来,金属有机骨架材料(MOFs)作为一种新型催化剂,具有可调控的结构、高度可控的孔隙结构以及多活性位点协同作用等独特特点,在CO_(2)催化转化领域取得显著进展。总结了MOFs催化剂在CO_(2)环加成转化、加氢、还原成CO等领域的研究进展,突出了MOFs催化剂在CO_(2)催化转化领域的潜力和应用前景。

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(MOFs)基催化剂在加氢反应中的研究进展

加氢是精细化学品生产过程中一类重要的反应。在加氢反应中,高活性和高选择性催化剂的设计是关键因素也是面临的巨大挑战。近年来,金属有机骨架材料(MOFs)由于其比表面积大、孔道尺寸可调和活性点位负载方式多样等特点被广泛应用于加氢催化剂的制备中。从MOFs基催化剂在不饱和烃的加氢反应、醛的加氢反应和CO_(2)加氢反应3个方面的应用出发,综述MOFs基催化剂在加氢反应中的研究现状和存在的问题,并对MOFs基催化剂在加氢领域的发展方向进行展望。

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.

多孔氢键金属-有机框架材料对乙炔和二氧化碳的吸附分离

以腺嘌呤和溴化铜(氯化铜)为原料,采用慢扩散合成法,合成多孔氢键金属-有机框架材料MPM-1-Br和MPM-1-Cl。采用SEM、PXRD、TGA及比表面积分析等技术对材料进行综合表征,并测定了此二种同构多孔氢键金属-有机框架材料对乙炔和二氧化碳单组分气体的吸附等温线。实验结果表明,MPM-1-Br和MPM-1-Cl的比表面积分别为373 m^2·g^(-1)和417 m^2·g^(-1),且在<240℃的温度范围内有良好的稳定性;在298 K和总压100 kPa下,通过IAST理论计算得到其对C_2H_2/CO_2混合气体(体积比50:50)的吸附选择性分别达到了3.8和3.0,与HKUST-1(4.7)和UTSA-30(3.3)等金属-有机框架材料有相当的分离性能。

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。

多孔氢键有机框架材料的研究进展

多孔氢键有机框架作为一种新型多孔晶态材料,凭借自身性能的稳定性,广泛应用于质子传导、药物分析传递、分子器件等领域。为更好地发挥多孔氢键有机框架的经济价值与使用属性,满足不同场景下新型材料的使用需求,系统探讨多孔氢键有机框架材料的研究进展,通过技术发展的综合性论述,以确保材料研发、应用等活动的有序开展。

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。

聚酰亚胺类共价有机骨架多孔材料的研究进展

聚酰亚胺类共价有机骨架与常规的多孔材料相比,具有较高的机械强度,良好的化学和物理稳定性以及合成的多样性以及孔尺寸的可控性,能够广泛应用于非均相催化,分离和气体储存等领域,因而有望成为一种新型的具有发展潜力的多孔材料。从聚酰亚胺类共价有机骨架中多孔材料的合成、性能等方面对近年来国内外的研究状况进行了详细的阐述,并在此基础上对该方向的前景进行了展望。

金属有机骨架材料在二氧化碳加氢中的应用

大气中二氧化碳(CO_(2))浓度的急剧增加引起了人们的关注,并提出了许多将CO_(2)转化为高价值化学品的策略。金属有机框架材料(MOFs)由于其独特的孔隙率、大的比表面积、丰富的孔结构、多活性中心、良好的稳定性和可回收性,可用于二氧化碳的捕获和催化转化。基于晶体多孔材料的金属有机骨架(MOF)设计和合成的各种功能纳米材料可以作为多相催化剂或载体/前体来应对这些挑战。在本文中,笔者将主要关注MOFs在催化二氧化碳加氢领域的最新研究进展,包括催化加氢制备一氧化碳、甲烷、甲酸、甲醇和烯烃,分析了基于MOFs的催化剂的合成方法和提高催化活性的原因。介绍了提高新型MOF材料的催化活性和探索新的CO_(2)转化可行的策略。讨论了MOF型催化剂在CO_(2)化学转化中的主要挑战和机遇,对本研究领域中进一步的发展进行了简要的展望。

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.

金属有机骨架材料应用于二氧化碳加氢催化反应的研究进展

金属有机骨架材料(metal-organic frameworks, MOFs)是由金属离子和有机配体自组装形成的具有多孔结构的晶体材料。因为具有大的比表面积、高的孔隙率、丰富的孔结构,使其在催化方面具有巨大的潜力。本文对MOFs在二氧化碳加氢催化反应的相关应用进行了总结,探讨了MOFs在二氧化碳加氢反应中的优势以及可能存在的问题,并对该应用的前景进行展望。

金属有机骨架材料负载镍纳米颗粒催化硝基苯加氢(英文)

以MIL-53(Al)、MIL-96(Al)和MIL-120(Al)(MIL:Material Institute of Lavorisier)三种金属有机骨架材料为载体,采用浸渍法制备了负载廉价金属镍纳米颗粒的催化剂.将其用于催化硝基苯加氢合成苯胺反应,发现以MIL-53(Al)为载体制得的催化剂表现出优异的催化性能.采用不同的镍前驱体,如硝酸镍、醋酸镍、乙二胺合镍,制备了一系列Ni/MIL-53(Al)催化剂.通过X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、电感耦合等离子体、N2物理吸附、H2程序升温还原、透射电镜等技术对其进行了表征,研究了镍前驱体对金属-载体相互作用、镍颗粒尺寸以及分散程度的影响.结果表明:以乙二胺合镍为镍前驱体制得的催化剂具有金属-载体相互作用适中、镍纳米颗粒更小(4-5 nm)和分布更均匀的特点,在硝基苯加氢反应中表现出优异的催化性能,硝基苯转化率达到100%.回收重复使用5次后,此催化剂仍保持催化活性,硝基苯转化率达92%.

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。

金属有机骨架化合物衍生镍/碳复合材料催化C_(9)石油树脂加氢反应研究

采用助剂修饰合成金属有机骨架基化合物PVP-Ni-MOFs,经N_(2)气氛退火制备了Ni/C-400催化剂。采用FT-IR、XRD、TEM、SEM、N_(2)吸附-脱附等对催化剂进行结构与性能表征,考察了Ni/C-400催化C_(9)石油树脂加氢反应中温度、H_(2)压力以及时间对反应体系溴值的影响。结果表明:Ni/C-400具有大量介孔结构,助剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)促进了Ni在碳载体上的分散;在Ni/C-400用量0.25 g、H_(2)压力6 MPa、温度210℃最佳条件下反应2 h,石油树脂的溴值降至1.3 g/100 g,氢化率达95.44%;催化剂经5次循环后,产物的溴值为1.5 g/100 g,表明Ni/C-400具有良好的催化加氢活性和较高的稳定性。

氢键酸性基团功能化介孔敏感材料检测痕量有机磷气体

以3-碘基丙基三甲氧基硅烷为媒介,将具有氢键酸性化合物2,2-双(4-羟基苯基)六氟丙烷(BHPHFP)嫁接到具有3D介孔结构和高比表面积的KIT-5介孔材料上,得到有机磷检测敏感材料。利用TEM、HR-SEM、傅立叶红外光谱、N2吸附脱附等温曲线和热重分析对材料进行了表征,并与石英晶体微天平(QCM)结合构建质量敏感型气体传感器,可实现了对有机磷气体的痕量检测,该传感器且具有灵敏度高、重复性好和选择性高的优点。