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。

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。

芳香烃/环烷烃吸附分离材料研究进展

吸附法由于其节能环保的特性有潜力替代萃取精馏成为分离同碳数芳香烃/环烷烃的新方法,目前采用的吸附分离材料已从传统的沸石分子筛发展到包括金属-有机框架材料(MOFs)、共价有机框架(COFs)和多孔分子晶体(PMCs)在内的新型多孔材料,体现出优异的选择性、优先吸附芳香烃或环烷烃的能力。本文综述了近年来MOFs、COFs和PMCs在苯/环己烷和甲苯/甲基环己烷分离中的研究进展,重点介绍了三类材料结构的设计思路、吸附分离性能及其机理,包括热力学平衡、分子排阻等两类不同的机理。在取得较大研究进展的同时,该领域也存在一些较为突出的问题,如对吸附质扩散传质规律和混合物固定床分离性能研究不足、对材料稳定性和杂质敏感性关注较少、多孔材料结构复杂、经济性有待提升等,在未来的研究中需予以重视。

新型掺杂多孔芳香骨架材料的储氢性能模拟

基于PAF-301分子模型通过Li掺杂或B取代等模式设计了几种新型多孔芳香骨架(PAFs)材料,采用量子力学和分子力学方法对新材料的储氢性能进行研究.由量子力学计算得到了不同分子片段与H2之间的结合能,并结合DDEC方法计算了各分子片段的原子电荷分布.利用巨正则蒙特卡洛(GCMC)模拟方法计算了77和298 K下H2在不同PAFs材料中的吸附平衡性质.结果表明,H2直接与苯环的结合能较低,但掺杂Li原子能够提高H2与六元环的结合能,同时Li原子体现出较高的正电性质,B原子取代苯环中的两个C原子后,使得原有C原子电负性增强;77 K下PAF-301Li具有最高的储氢性能,而PAF-C4B2H4-Li2-Si和PAF-C4B2H4-Li2-Ge体现出较好的常温储氢性能,各种材料的常温储氢性能远低于其低温储氢性能.通过77 K下H2在PAFs材料中的等位能面分布和吸附平衡质心密度分布对H2在PAFs材料中的优先吸附位置进行分析,发现在PAF-301和PAF-301Li骨架中,由于中心能量较低的等位能区域范围较宽,H2在其中存在四个明显的吸附高密度分布区域,而其它三种PAFs晶胞中心能量较低的等位能区域范围较窄,使得H2在其中只存在两个明显的吸附高密度分布区域.

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。

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。

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.

多孔芳香骨架材料在气体存储与分离中的应用

多孔芳香骨架材料作为一类新型多孔材料,其具有比表面积大、物理及化学稳定性高、丰富的微孔孔容和孔径、孔容可调性等特点而备受科研工作者的关注。文章综述了多孔芳香骨架材料在气体存储与分离领域中的应用研究现状,并对其今后的研究作了展望。

多孔芳香骨架材料PAF-1修饰吸附活性位点对于药物缓释的影响

近年来,多孔芳香骨架材料由于其较高的比表面积、较大的孔容、良好的热和化学稳定性而在气体吸附与分离、光电和催化等方面有了极大的发展。同时,芳香骨架的可修饰性使得在其孔道中修饰不同的官能团以进行不同的应用成为可能。其中一个重要的应用就是利用多孔芳香骨架材料作为药物缓释应用的合适候选材料。本文通过镍(0)催化的Yamamoto-type Ullmann偶联反应合成多孔芳香骨架材料PAF-1,通过硝化还原反应引入具有吸附活性的氨基官能团,并精确调控多孔材料的氨基含量,研究吸附活性位点对布洛芬药物分子的相互作用及影响PAF-1-NH_2药物缓释效果的因素。结果发现,PAF-1中的氨基含量与载药率变化呈正相关,而材料的比表面积与载药率呈现负相关关系。由此说明,PAF-1孔道结构中修饰的活性位点的数目对载药率的影响是主要的。氨基含量最高的PAF-1-NH_2-48 h具有1.203 g·g^(-1)的载药量,高于目前报道的其他有机多孔材料对布洛芬的载药率。药物缓释实验证明,吸附活性位点数目的增多导致药物释放率逐渐增大,PAF-1-NH_2-48 h的药物缓释效果最好,10 h后达到最大药物释放量0.83 g·g^(-1)。

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（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。

福建物构所多孔有机分子骨架材料研究取得重要突破

多孔有机分子骨架的组装及其在化学、生物、医学和环境等领域的应JfH是当代材料科学研究的热点之一。近年来，超分子作用力（如氢键、卤键等）组装概念已逐渐在超分子有机骨架材料的组装研究领域展现潜能。

嵌入配位不饱和金属位对多孔芳香骨架材料储氢性能的影响

基于密度泛函理论(DFT)和巨正则蒙特卡洛(GCMC)模拟方法,系统地研究了引入配位不饱和金属位(CUS)对PAF-30n(n=1–4)材料储氢性能影响的规律。结果表明,77 K下PAF-302MgO_2_PBE100的最大过量质量储氢量达到7.97%(w);77K、10 MPa下100%醇镁功能化改性PAF-302和PAF-303的绝对储氢量分别达到9.9%(w)(65.9 g?L^(-1))和15.0%(w)(50.5g?L^(-1)),分别超过美国能源部(DOE)标准80%(64.8%)和173%(26.3%),均超过在相同条件下目前储氢性能最佳的NU-1101(9.1%(w),46.6 g?L^(-1))。即使在243 K、10 MPa下,其绝对质量和绝对体积储氢量也能分别达到5.13%(w)和34.19 g?L^(-1),占DOE质量与体积储氢标准的93.3%和85.5%,是目前为止常温储氢性能较为均衡的多孔材料之一。结合等量吸附热(Q_(st))、径向分布函数(RDF)和质心几率密度分布(MCPD)方法进一步分析,发现有机链长度增加导致孔隙率增加和体积比表面积减小,是引起多孔材料绝对质量和绝对体积储氢量此消彼长的根本原因。另外,引入CUS能提高PAFs材料对H_2分子亲和力,显著增强其体积储氢量。

新型多孔有机骨架材料在地表水中21种糖皮质激素高通量筛查中的应用

以1,2-二氯乙烷为溶剂,三氯化铁为催化剂,1,3,5-三苯基苯、甲苯为单体,二甲氧基甲烷为交联剂进行聚合反应,反应完成后,以甲醇为溶剂索氏提取粗产物,干燥、研磨后得到含有苯基官能团的新型多孔有机骨架材料(POFs)。用优化的填料量填装了一种新型POFs固相萃取柱,旨在发展一种新的地表水中21种糖皮质激素的前处理方法,并对新型POFs固相萃取柱的吸附性能进行了重复性试验。结果表明:使用填料量为20 mg的POFs固相萃取柱时,吸附性能和稳定性较好,且该POFs固相萃取柱至少可以重复使用5次,减少了一次性试验用品的消耗。用此POFs固相萃取柱对地表水进行前处理,采用高效液相色谱-四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱对地表水中21种糖皮质激素进行高通量筛查检测,21种糖皮质激素标准曲线的线性范围为20~100μg·L^(-1),测定下限为20μg·L^(-1)。方法用于实际水库中水样分析,6个水库水样中均有糖皮质激素检出,检出总量为2.68~11.64μg·L^(-1),与使用Cleanert PEP-2固相萃取柱的测定结果相比,所得结果在同一个数量级水平,说明二者对水样中的糖皮质激素的富集浓缩具有相似的效果。

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。

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。