导电金属有机框架作为锂硫电池正极材料的综合教学实验设计

设计了一个综合化学实验—导电金属有机框架作为锂硫电池正极材料。该实验将本科生实验教学与前沿研究领域相结合,内容包括导电金属有机框架(MIL-47)的制备、样品表征、纽扣电池的组装、电化学性能测试等内容。本实验涉及无机化学、电化学等基础知识及实验操作,以及扫描电镜、X射线粉末衍射等仪器的使用和分析,涵盖面较广,可显著提高学生综合运用专业基础知识,解决具体实践问题的能力,激发其从事科研的思维和热情,有助于培养科研型、创新型人才。

导电金属有机框架Co-HHTP/石墨烯复合材料的制备及其储锂性能

由四水合醋酸钴提供金属离子,2,3,6,7,10,11-六羟基三苯作为有机配体,水和N,N-二甲基甲酰胺混合溶液作为溶剂,采用液相合成法制备钴基导电金属有机框架Co-HHTP,随后与石墨烯超声混合后,得到Co-HTTP/G复合材料。探究了此复合材料的结构性质和作为锂离子电池负极的电化学性能。由X射线衍射、红外光谱仪、扫描电子显微镜以及电化学测试结果表明:当Co-HTTP/G作为负极时,表现出良好的循环稳定性以及较高的可逆比容量(在100 mA·g^(-1)下100圈后可逆比容量为1025 mAh·g^(-1))。

刚性柱双π墙金属有机框架:单晶到单晶结构转换,碘富集与缓释,协同导电性研究

本文在溶剂热条件下利用刚性柱型金属手性配位链(Zn-lactate),辅助于三角架桥联配体(pybz)构筑了目前第一例高稳定性、双π墙的纳米孔道配位聚合物Zn3(pybz)2(lac)2·2.5DMF(1)。化合物1具有孔径为1.12nm×1.02nm的一维纳米通道,其孔洞率Vvoid为43.5%,Langmuir比表面积为918.5m2.g-1,热稳定性高达400°C。化合物1通过晶态转换的方式得到去客体化合物Zn3(pybz)2(lac)2(1′)。1′在碘的环己烷溶液中展现出对碘分子前所未有的超级富集与控释效果,单位碘负载量达到1g I2/g1′,同时载碘单晶在乙醇溶液中可实现碘的可控释放。由于客体I2分子与主体双壁π电子两者间交替的电荷转移,导致载碘单晶的导电性能比碘单质剧增440倍。上述研究,在国际上首次发现了绝缘性客体与绝缘性配位聚合物主体协同有序电荷转移进而导电性剧增的特殊现象。

金属-有机框架材料在超级电容器中的优势和进展

金属-有机框架(Metal-organic framework,MOF)材料因其出色的比表面积、众多的活性位点、可调的孔径范围和灵活的框架结构,在气体分离、储能和催化等领域发挥着重要的作用.近年来,采用高表面积、永久孔隙以及包含固有的氧化还原活性位点的MOF材料作为超级电容器的电极材料引起了研究者们的关注.本文主要从MOF在超级电容器领域的研究出发,着重介绍了其性能和结构对超级电容器电化学性能的影响,阐述了关于MOF性能调控和结构设计的研究进展.首先,MOF的电导率是影响超级电容器能量密度和功率密度的一大关键性能,而其材料的特殊结构又直接影响了导电率.其次,MOF丰富的活性位点和可调的孔径尺寸等特点都为其导电性能的提升创造了条件.此外,MOF的结构稳定性与超级电容器的循环性能密切相关,稳定结构的构建是增强超级电容器循环性能的重要前提.最后,对MOF未来在超级电容器领域中的研究进行了展望,结构的调控仍然是这一领域的重要研究方向.

导电金属有机框架材料在电催化中的成就,挑战和机遇

开发用于各种能量转化过程的新型催化剂对于满足绿色和可持续能源的需求至关重要。由于其具有可调节的晶体结构,显著的化学和物理性质以及稳定性,金属有机骨架(MOFs)已经广泛应用于电化学能量转换领域,比如CO_(2)还原反应、N_(2)还原反应、析氧反应、析氢反应和氧还原反应。更重要的是,MOFs具有可调节的化学环境、孔径和孔隙率,这些性质将促进反应物在多孔网络中的扩散,从而改善其电催化性能。但是,由于高的电荷转移能垒和受限的自由载流子,大多数MOFs展示了差的导电性,阻碍了其多样化应用。在先前的报道中,MOFs常被用作多孔基质来限制纳米颗粒生长或经退火处理作为共掺杂电催化剂。而导电MOFs不仅结合了传统MOFs的优点,还具有电子导电性和高电催化活性,使其无需退火处理就可以通过电子或离子途径实现导电,从而极大提高了电催化性能,这有助于拓宽其在电化学能源领域或其他方面的潜在应用。在一些催化反应中,导电MOFs的催化活性甚至超过了商业化的RuO_(2)催化剂或Pt基催化剂。本文主要总结了构建导电MOFs的机制,并概述了其合成方法,如水/溶剂热合成和界面辅助合成。此外,本文阐述了导电MOFs在电催化应用中的最新研究进展。值得一提的是,导电MOFs的形态和结构可改变底物与MOFs之间的界面接触,从而影响其催化性能,需要进一步深入研究。基于系统的合成策略,在未来可以根据各种电催化反应的需求设计合成更多的导电MOFs。高性能的导电MOF基催化剂将有望获得突破。

基于金属有机框架的农兽药残吸附萃取技术

金属有机框架是一种由金属离子和有机配位基组成的三维结构,其作为一种新型吸附剂,具有比表面积大、孔径大小可调节、可定制化等优点,可以将其用于农产品中农兽药残留的吸附萃取分离。目前,应用较为广泛的金属有机框架主要包括MOF-5、UiO-66、ZIF-8等,这些金属有机框架可以根据不同物种的农药残留特性进行选择,从而达到更为准确的检测效果。

导电金属有机框架在热电材料领域的研究进展

金属有机框架(MOFs)是一种高度有序的晶体多孔固体材料,通过一系列实验设计策略,可构建高电导率的MOFs,是极具潜力的热电材料.从导电MOFs的结构、导电机制及其热电应用几个方面阐述导电MOFs在热电材料领域的研究进展,同时总结其在热电材料领域面临的挑战和发展方向,为新型MOFs基热电材料的开发提供参考.

印度大幅提高荧光金属有机框架材料导电性

印度科学教育与研究院的研究人员通过使用导电聚合物填充荧光金属有机框架（MOF）多孔材料，成功将MOF的导电性提高了约10亿倍，同时使其具有荧光性，有助于促进MOF基光电设备的应用。

金属有机框架材料在制革工业中的应用前景探讨

作为一种重要的穿着和装饰材料,皮革制品在人们生活中必不可少。随着人们物质生活水平的提高,人们对皮革制品的风格及性能要求越来越趋向高档化和舒适化。近年来,由金属中心与桥连配体配位自组装而成的金属有机框架(MOFs)材料以其具有结构与功能多样、比表面积大、不饱和金属位点多等特点,被广泛应用于诸多领域。基于此,本文以利用MOFs材料提高皮革制品的附加值,扩展皮革制品的使用范围为目标,概括了MOFs材料的类型、特点和制备方法,并对其作为鞣剂、涂饰剂和加脂剂等皮革化学品在制革工业中的应用进行了详细探讨。最后,就目前MOFs材料在制革中应用存在的问题及未来发展趋势进行了展望,以推动其在制革领域的应用进程。

导电酞菁基金属有机框架的高效电催化研究

在满足日益增长的可持续能源和环境保护需求下,开发用于多种电化学场景的新型催化剂发挥着重要作用。导电酞菁基金属有机框架(MOFs)是一类新型的层叠多孔MOFs,具有面内扩展π共轭结构,可以通过促进传质和电子/电荷转移来增强电催化活性。导电酞菁基MOFs具有优异的导电性,使其在如水、氧、二氧化碳和氮还原等各种电催化反应中非常有前景。导电酞菁基MOFs在电化学能量转换和环境研究中表现出良好的活性。本文主要关注导电酞菁基MOFs,而非其他类型的导电MOFs,并全面概述其导电机理和主要的电催化反应,还将讨论在电催化中使用导电酞菁基MOFs作为非均相催化剂的最新进展。此外,本文将探讨与导电酞菁基MOFs在电催化中的应用的挑战和展望。

MXene改性导电MOF复合材料及其电磁波吸收性能研究

随着高频通信技术的普及,电磁防护问题受到了广泛关注,基于导电型金属—有机框架(MOF)构建新型电磁波吸收材料近年来成为研究热点。研究提出了MXene改性MOF/聚吡咯(PPy)的制备思路,通过三元组分协同优化介电损耗,成功制备了在低填充量下可实现宽频带、强吸收的高性能吸波材料。当填充量仅为10 wt.%、厚度仅为1.98 mm时,复合材料的最小反射损耗(RLmin)达到了-56.21 dB,最大有效吸收带宽(EAB)可拓展至7.12 GHz(10.88 GHz~18.00 GHz),综合性能优于已报道的导电MOF基吸波材料。通过对材料的组分和微观结构分析,发现过量的PPy不仅原位聚合在UiO-66的孔道和外表面,同时负载在MXene基底上,从而有效构建了导电网络,促进了电导损耗。同时,UiO-66、PPy和MXene构成的三元异质界面极大地增强了界面极化损耗,进一步促进了电磁波的衰减。此外,MXene/UiO-66/PPy制备工艺简单、产量高,具有大规模生产的潜力,有望应用于电磁防护领域。

MOF材料在催化降解有机污染物和特异性荧光检测方面的研究进展

金属有机框架材料(MOFs)是一种未经过修饰的先进多孔材料,在光催化领域引起了广泛关注。与传统半导体TiO_(2)相比,MOF具有许多优点,包括高比表面积、大量活性位点和易于调节的多孔结构。介绍了金属-有机框架以及复合材料的设计与合成,总结了金属-有机框架以及其复合材料的应用,展望了金属-有机框架以及复合材料的发展趋势。

高模量碳纤维表面双金属MOFs结构的构筑

经高温热处理制备得到的碳纤维具有高惰性表面结构,导致其与基体之间的润湿性较差。为了改善碳纤维与基体间的界面性能,本研究通过采用阴极电沉积法在高模量碳纤维表面原位生长金属有机框架(MOFs)材料,在纤维表面同时引入两种不同金属元素,研究双金属MOFs的引入机制、形貌及其对性能的影响。结果表明:双金属MOFs材料呈一定取向的绣球状形貌,经退火后演变成疏松多孔结构,该结构可显著提高高模量碳纤维表面粗糙度及界面黏结性;双金属MOFs的成核与生长取决于金属还原性,还原性越强、MOF生长速率更快,且沉积量更高;双金属MOFs结构的引入使得纤维电阻率下降至0.05×10^(−5)Ω∙cm,导电性能提升,独特的三维多孔结构也赋予高模量碳纤维高温环境下优异的热稳定性。

金属有机框架基磷酸盐系正极材料研究进展

磷酸盐系锂离子电池正极材料因导电性差和Li^(+)扩散系数低等原因,发展受到限制。金属有机骨架(MOF)具有比表面积大、活性位点丰富等优点。通过MOF前驱体来提升磷酸盐系正极材料电化学性能有很高的可行性。从用MOF或MOF衍生物通过制备、掺杂和表面改性等3种不同方法改性正极材料的角度,综述近年来MOF基磷酸盐系锂离子电池正极材料的研究进展,并对MOF应用于锂离子电池正极材料的发展方向进行展望。

双金属导电金属有机框架材料Ni/Co-CAT的制备及其氧还原催化性能研究

以2,3,6,7,10,11-六羟基三亚苯(2,3,6,7,10,11-Hexahydroxytriphenylene,HHTP)为有机配体,Ni、Co为金属中心,通过水热法制备了对应的儿茶酚酯盐(Ni-catecholate、Ni-Co-catecholate,以下简称Ni-CAT和Ni-Co-CAT).对其进行表征后,选用单室反应器装置搭建微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC).将Ni-CAT和Ni-Co-CAT与炭黑以3∶1的质量比混合后应用于MFC阴极催化氧还原反应(Oxygen reduction reaction,ORR).结果表明,Ni-Co-CAT催化的MFC反应器性能最好,其MFC反应器的最大输出电压和功率密度分别为310m V和190mW/cm^(2),与商业Pt/C的性能相当.Ni-Co-CAT催化MFC的极限电流密度为2.84 mA/cm^(2),优于Ni-CAT的2.18 mA/cm^(2),表明在Ni-CAT结构中引入Co后,MFC产电效能得到了提升.主要原因是,Ni-Co-CAT与炭黑充分混合后,具有了更高的孔隙率和比表面积,其结构上的金属位点M-O_(6)(M=Ni或Co)提供了更多的催化活性,使Ni-Co-CAT具有最优的电化学催化性能.

新型材料固定化氧化还原酶研究进展

氧化还原酶可催化许多关键反应,在生物制造中具有重要应用价值.本文关注新型材料在氧化还原酶固定化中的应用和研究进展,总结碳材料、导电高分子、金属-有机框架材料等以及复合材料固定化酶的研究现状,分析各种材料的介观结构、理化性能,及其在酶固定中的优势和缺点.探讨以提高材料生物相容性从而提升氧化还原酶稳定性和催化效率为导向的界面修饰调控策略.着重介绍导电材料固定化氧化还原酶,及其在生物转化、生物传感器、生物燃料电池等领域的应用.展望氧化还原酶固定化的发展趋势和所面临的挑战.

新型多孔材料在惰性气体Xe/Kr分离中的应用

惰性气体氙与氪的分离在大气放射性核素监测、惰性气体工业制备和乏燃料处理等领域中均有重要应用。常规的方法是利用低温精馏将氙与氪从大气中分离,需要耗费大量能源,成本高。因此,作为替代方法在常温下通过多孔材料高效吸附分离氙与氪具有重要意义。近年来发展的以金属有机框架材料、多孔有机分子笼材料等为代表的新型多孔材料在惰性气体氙与氪的分离中展现出了优异的性能与良好的应用前景。系统地综述了新型多孔材料在Xe/Kr分离中的研究进展,从计算模拟在Xe/Kr分离研究中的应用、高浓度氙/氪分离研究与极低浓度Xe/Kr分离研究3个方面进行论述与总结,最后对未来研究趋势进行了总结与展望。

电子导电金属有机框架薄膜的研究进展

电子导电金属有机框架是一类兼具导电性和多孔性的新型固体导电材料,目前在燃料电池、电催化、超级电容器、热电、传感等电学领域得到广泛研究.由于导电金属有机框架材料不易加工成膜,阻碍了其在电子器件领域的进一步发展,因此近年来导电金属有机框架薄膜及其电学性能的研究备受关注.从电子导电金属有机框架薄膜的制备方法及其在电学领域中的应用出发,总结了该类电学材料最新的研究进展,并对其今后发展所面临的机遇和挑战进行了简单展望.

美国桑迪亚国家实验室实现金属有机框架材料导电性

美国桑迪亚国家实验室研究人员发明了一种新的方式来实现金属有机框架（MOF）材料的导电性，这种发展可能会对未来的电子、传感器、能量转换和储能产生深远的影响。研究人员认为利用架构内的开放空间填充客体分子，这样使用孔隙可以使金属有机框架具有导电性。

MOF-导电聚合物复合材料的制备及电化学性能研究进展

金属有机框架(MOF)拥有前所未有的内表面积和高度可调的孔结构,但其内部以配位键结合,稳定性和导电性有限,纯导电聚合物电极材料的循环稳定性、电化学性和多孔性有限。而MOF-导电聚合物复合材料可以提高MOF的稳定性,甚至增加其他重要的性质如导电性,弥补了MOF材料在导电性上的缺失和导电聚合物在多孔上的缺失。综述了近年来MOF-导电聚合物的制备及其在电化学方面的应用研究进展,突出这类新兴材料的重要性,并展示它们在与主客体化学相关的电化学应用中的潜力。