面向空气取水的金属有机框架(MOFs)材料研究进展

空气取水技术可为干旱地区获取淡水资源提供一种新途径,其中吸附式空气取水技术是当前研究的热点之一.作为一种具有高比表面积、高孔隙率和功能可控的新型多孔材料,金属有机框架(metalorganic frameworks,MOFs)材料在吸附式空气取水技术的研究中受到广泛关注.因此,该文总结了空气取水技术的基本原理和方法,从材料的适用性能和应用尝试两方面阐述面向空气取水MOFs材料的主要研究进展,并对其未来发展进行了展望.

金属有机框架材料(MOFs)的电子束辐射稳定性

本研究在不同气氛(空气、氮气)、分散液(水、甲醇、乙醇)以及不同剂量条件下对4种典型的金属有机框架材料(MOFs)(MIL-101(Cr)、ZIF-8、UiO-66和UiO-66-NH2)进行了电子束辐照处理。通过傅里叶变换红外光谱、X射线衍射谱和扫描电子显微镜等方法对MOFs材料在辐照前后的化学组成、晶体结构和表面形貌进行表征。结果表明,上述4种MOFs材料在高于5000 kGy的剂量辐照后,其相应的红外特征峰、衍射峰和表面形貌特征均未产生显著变化,表现出了良好的辐射稳定性。这为MOFs材料在辐射环境下的进一步应用提供了研究基础。

金属有机框架(MOFs)材料光解水制氢研究进展

随着全球变暖、环境污染和能源短缺等问题的日益严重,发展绿色可再生能源迫在眉睫。通过光催化分解水制备氢气是实现更高层次可持续性的理想策略。金属有机框架(MOFs)材料因其结构可控性、高孔隙性和独特的半导体特性,成为该领域的研究热点。国内外学者对其用于光解水制氢进行了大量的研究,并取得了一定的进展。系统的总结了基于MOFs材料及其复合材料的光催化剂在分解水制氢方面的应用,分析了其高效产氢的原因及可能的产氢机理,总结了MOFs基光催化剂的优势和局限,望能对开发新型高效的MOFs光催化剂提供参考。

金属有机骨架(MOFs)基复合质子交换膜的研究进展

近年来,金属有机骨架(MOFs)材料由于具有超大的比表面积和丰富的孔道结构,作为一种新型的质子导体在质子交换膜中的应用受到越来越多的关注。随着研究的不断深入,为进一步提升MOFs复合质子交换膜的各项性能,MOFs材料在质子交换膜中的物理形态逐渐由颗粒状向连续相发展,MOFs材料的组分也呈现出由单一组分到双组分的发展态势。本文以质子交换膜中MOFs材料的物理形态为主线,将其划分为MOFs晶体/聚合物质子交换膜、第三相增强MOFs/聚合物复合质子交换膜和MOFs纳米纤维/聚合物复合质子交换膜,全面综述了MOFs材料在质子交换膜中的研究进展,并对MOFs复合质子交换膜的发展方向进行了展望。

钇锆双金属MOFs对有机膦阻垢剂HEDP的吸附研究

采用溶剂热法首次合成了新型钇锆双金属有机框架(YZr-MOF)吸附材料,并对其结构和表面性质进行了表征,研究了YZr-MOF对有机膦阻垢剂羟基亚乙基二膦酸(HEDP)的吸附行为和性质。实验结果表明,YZr-MOF呈现出大小均匀的球形颗粒结构,比表面积为912.862 m^(2)/g;在298 K时,YZr-MOF理论最大吸附量为66.293 mg/g(以P计)。吸附过程符合准二级动力学和Langmuir模型,吸附过程为吸热过程,温度升高有利于YZr-MOF吸附HEDP。在吸附实验中,YZr-MOF的最佳质量浓度为0.2 g/L;YZr-MOF在较宽的pH范围内有着良好的稳定性,并且经过6次循环后,仍保持显著的吸附率。结合相关实验和FTIR、XPS的表征结果表明,静电作用和配体交换为主要吸附机理。

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。

我国金属有机框架(MOF)材料规模化生产获突破

据《中化新网》2024-01-15报道,蓝廷新能源科技(浙江)有限公司建成国内首条10t/aMOF材料中试生产线,并合成出优质产品。MOF材料也称为多孔配位聚合物(PCPs),是由具有配位位点的金属离子或离子簇与含氧(氮)的有机配体分子,以自组装的方式形成的一类超多孔材料,金属通过有机连接体相互连接形成的多孔结构是其独有结构。将不同的金属和有机配体以不同的方式组合,可以得到具有特定结构与孔道尺寸的材料,从而实现特定的性能。目前,科学家已经设计了88000多个精确定制的MOF材料,在农业、制药等诸多领域有广泛的应用前景。

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.

金属有机框架化合物(MOFs)在水、食品以及化妆品检测中的应用进展

样品前处理是整个分析检测过程的重要环节,开发高效、绿色化的前处理技术是目前的研究趋势。近年来,金属有机框架化合物(MOFs)凭借其优异的物理化学性质(高比表面积、均匀的孔腔、良好的热稳定性以及高孔隙率)作为固相萃取(SPE)吸附材料,在绿色化学检测(GAC)领域得到了广泛的应用。综述了近年来MOFs作为固相萃取吸附剂,检测水、食品以及化妆品中有害物质样品前处理研究进展,以期为这些领域相关的科研人员和检测人员提供新的思路。

金属有机框架(MOFs)基电催化膜活化过硫酸盐降解磺胺甲噁唑

基于过硫酸盐(peroxymonosulfate,PMS)活化的高级氧化技术在降解新污染物方面具有独特优势.本实验利用碳纳米管(carbon nanotubes,CNT)搭载Ni-ZIF-8,设计制备了CNT/Ni-ZIF-8纳米复合电催化膜,开展了活化过硫酸盐降解磺胺甲噁唑(sulfamethoxazole,SMX)的性能和机理研究.探究了制备条件与纳米复合膜理化性质间的构效关系,分析并优化了镍的掺杂量,考察了降解实验参数(如电压、流速和PMS用量等)对SMX降解动力学的影响.研究表明,Ni-ZIF-8均匀地负载在碳纳米管表面.在最佳条件时(镍掺杂量为20%、电压为-1.5 V、流速为1.5 mL·min^(-1)和PMS用量为1.5 mmol·L^(-1)),单次流模式下去除5 mg·L^(-1) SMX的效率为76.6%.电子顺磁共振谱和淬灭实验结果表明,·OH和^(1)O_(2)均参与到SMX的降解过程中.本研究为开发高效电催化膜催化材料提供了新的设计思路.

共价有机框架负载贵金属铂用于电催化析氢

我们探究了共价有机框架负载贵金属Pt的电催化析氢性能.以2,6-二氨基蒽醌和2,4,6-三甲酰基间苯三酚为构筑单元,采用溶剂热法合成了TP-DAAQ COF.随后通过金属前驱体浸渍法制备了Pt-TP-DAAQ COF.X射线粉末衍射,傅里叶红外光谱,氮气吸附/脱附等表明成功制备了TP-DAAQ COF和Pt-TP-DAAQ COF.电化学测试结果表明Pt-TP-DAAQ COF(其中含有5.8%的Pt)展现了比20%Pt/C优异的电催化活性.当电流密度为10 mA∙cm^(-2)时,Pt-TP-DAAQ COF的过电位为45 mV,Tafel斜率为29 mV∙dec^(‒1).这高效的电催化活性源于TP-DAAQ COF与Pt之间良好的协同效应.Pt-TP-DAAQ COF具有较大的比表面积和规整的一维孔道,使催化位点更易于与电解液中的物质发生接触和相互作用,从而增强了其催化性能.

金属有机框架材料用于光催化CO_(2)还原的研究进展

CO_(2)光催化还原转化为有价值的碳氢燃料和化工原料是达成“碳中和”目标的重要途径。金属有机框架材料(MOFs)是一种由有机配位体和金属离子或团簇通过配位键形成的有机-无机杂化材料,具有超高的比表面积、可调的孔结构,并易于功能化修饰,在CO_(2)光催化还原反应中展现出良好的应用前景。总结了基于MOFs的新型功能材料绿色光催化CO_(2)还原的最新研究进展,探讨了改性及功能化MOFs材料及MOFs衍生物的光催化CO_(2)还原反应机理,并从理化特性上分析了材料性能优势的成因。总结了提高光催化还原CO_(2)反应的活性和选择性的策略。在此基础上,对这类新型催化剂面临的主要问题和未来发展进行了总结与展望。

基于5-氨基烟酸的锰金属有机框架的合成、结构及荧光传感性质

室温下,通过溶液法将5-氨基烟酸(5-Hana)与MnCl_(2)反应,成功合成了一例新的三维Mn(II)金属有机框架[Mn_(2)(5-ana)_(4)(H_(2)O)]n(命名为Mn-MOF)。通过X射线单晶衍射、X射线粉末衍射、元素分析、红外光谱、热重分析、紫外-可见光谱和荧光光谱法对配合物的结构和性质进行表征。结构分析表明,配合物属单斜晶系,具有双节点(2,8)-c配位网络结构,其中[Mn_(2)(CO_(2))_(2)(H_(2)O)]二聚单元作为8-连接节点,5-ana-配体作为2-连接节点。分子范德瓦耳斯表面静电势(ESP)分析表明,5-ana-配体的第一反应位点在羧基氧原子附近,ESP最小值为-143.37 kcal·mol^(-1),第二和第三反应位点分别位于吡啶环和氨基氮原子附近。Mn-MOF常温下具有良好的热稳定性。荧光光谱测试显示配合物在256 nm光激发下的最大发射波长为402 nm。更重要的是,Mn-MOF可以通过荧光猝灭实现对Fe^(3+)的选择性识别,且猝灭效率达到98.71%,可作为潜在的荧光探针分析水溶液中的Fe^(3+)。

织物基金属有机框架复合材料的制备及应用研究进展

金属有机框架(metal-organic frameworks,MOFs)材料作为第三代多孔材料,因其高比表面积、高稳定性、化学可调性等功能特性而备受关注,尤其在各种轻质和柔性基材上负载应用成为该领域的热点研究方向。本文综述了纺织基材作为载体,负载MOFs的进展,对以溶剂热法、逐层生长法、喷涂打印法等构建织物基MOFs复合材料的方式进行阐述,且根据制备方式的差异性指出不同制备方式的应用场景;归纳了该类材料的复合机理;针对复合材料的使用耐久性总结了现有增强MOFs与基底材料结合牢固性的方法,并介绍了该类复合材料在超疏水自清洁、自消毒纺织品等领域应用的最新研究成果。最后指出织物基MOFs复合材料的大规模生产方式以及在现实环境条件下的耐久性是迈向广泛应用的关键步骤,其更多的一体化功能是未来研究的重点方向。

Fe^(3+)协同Ni基金属-有机框架提升电催化析氧反应活性的研究

采用溶剂热法合成了金属-有机框架材料(phen-Ni),然后通过掺杂异金属Fe^(3+)制备了Fe@phen-Ni电催化剂。利用X射线单晶衍射仪、X射线光电子能谱仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等对催化剂的物相、形貌及各成分化学状态进行表征。利用线性扫描伏安法(LSV)和电化学阻抗谱(EIS)等研究了Fe@phen-Ni催化剂的电催化析氧(OER)性能。结果表明,当电流密度为10mA/cm^(2)时,Fe@phen-Ni的OER过电位为333mV,与phen-Ni相比显示出更优异的OER催化活性。Fe@phen-Ni电催化活性的提高归因于Fe^(3+)的引入,这不仅增加了电催化剂的活性位点,而且由于Fe^(3+)和Ni^(2+)的协同作用,促进了电子转移,从而提高了电催化活性。该工作不仅证实了异金属离子的掺杂有利于提高电催化析氧活性,而且为基于金属-有机框架材料制备电化学OER催化剂提供了新的思路。

自牺牲型金属有机框架衍生In_(2)S_(3)多级孔结构纳米材料强化光催化性能

半导体基光催化是减少对化石燃料的依赖和解决环境污染问题的有前景的策略之一.在光催化有机污染物降解领域,硫化物材料备受关注.其中,In_(2)S_(3)催化剂因展现较好的催化活性及经济可行性,而被认为是光催化降解的理想催化剂之一.然而,采用传统煅烧法制备的In_(2)S_(3)催化剂由于比表面积小,暴露的活性位点有限,进而限制了其催化活性的进一步提升.因此,制备具有较大比表面积和多活性位点的In_(2)S_(3)基催化剂,对于推动光催化降解有机污染物领域的发展具有重要的意义.本文通过构建分级多孔结构的光催化剂,以增强材料的光吸收性能并优化光生载流子的迁移和分离,从而提升光催化降解有机污染物的性能.利用In基金属有机骨架(MOFs)作为自我牺牲模板,通过硫化制备了包括空心纳米管、微管、中空球和十二面体在内的多种分级In_(2)S_(3)光催化剂.分级多孔结构不仅增强了入射光的多次折射和反射,还提供了更大的表面积,从而提高了光生载流子的光利用率和相分离效率.实验结果表明,这些材料的光催化效率远高于块状和商用In_(2)S_(3).通过X射线光电子能谱、X射线衍射等手段验证了不同形貌分级多孔In_(2)S_(3)材料的成功制备.紫外-可见漫反射光谱结果表明,所有催化剂均可吸收部分可见光,结合莫特肖特基曲线和XPS价带谱结果,说明催化剂的导带、价带位置均满足光催化降解有机污染物的要求.光致发光光谱、光电流强度曲线和电化学阻抗曲线等研究表明,分级多孔结构有效促进了光生载流子的分离和迁移.光催化降解罗丹明B(RhB)和四环素(TC)性能评价结果表明,与块状和商用In_(2)S_(3)相比,具有分级多孔结构的In_(2)S_(3)材料表现出更好的光催化降解活性.其中,空心In_(2)S_(3)纳米管(HNTs)具有最佳的光催化性能,在光照1.5和2 h后,In_(2)S_(3)-HNT可以去除约50%的TC和95%的RhB,其RhB的降解速率分别是块状和商业In_(2)S_(3)的135.6倍和446.9倍,TC的降解速率分别是块状和商业级In_(2)S_(3)的7.8倍和36.5倍.电子顺磁共振和自由基捕获实验结果表明,在光催化降解过程中,空穴、超氧自由基以及单线态氧是主要的活性物种.特别是,当In_(2)S_(3)-HNT受到光照时,其独特的分级多孔结构使得光生电子和空穴对能够有效分离,这使得In_(2)S_(3)-HNT可以积累更多的活性氧自由基,从而显著提升了其光催化降解有机污染物的性能.综上,本文采用新型自牺牲模板法,制备了金属有机框架衍生In_(2)S_(3)多级孔结构纳米材料.通过精准调控In_(2)S_(3)催化剂的形貌,有效提升了光催化降解有机污染物性能.该方法在高效光催化剂的制备上展现了显著潜力,为设计高性能的光催化降解材料提供参考.

金属有机框架聚丙烯复合材料制备及降解印染废水研究

金属有机框架(MOFs)作为非均相Fenton氧化法催化剂,在处理印染废水时难以多次利用、易引起二次污染。为解决此问题,通过多酚杂化网络涂层对聚丙烯熔喷无纺布(PP)表面进行改性,使其具有优异的黏附性和二次反应性,并在其表面原位生长MIL-88B(Fe)晶体,制备出金属有机框架聚丙烯熔喷复合材料(TA-APTES@MOF@PP)。利用亚甲基蓝染料(MB)作为目标污染物,测试复合材料的催化降解效果及回收利用性能,经单因素优化实验确定催化剂投放比例及最佳反应条件。结果表明,当染液pH为3,H_(2)O_(2)浓度为50 mmol/L时,TA-APTES@MOF@PP(MOF负载量为20 mg)在黑暗条件下对MB的降解效果在3 h时最佳,降解率达到95.3%。复合材料无二次污染、方便回收,有较好的稳定性、耐酸碱性,在染液pH为2~11范围内均具有催化效果,5次循环使用后3 h时MB的降解率仍在73.4%以上。该复合材料在印染废水处理和水环境治理领域具有广阔的应用前景。

室温制备铁基有机金属框架吸附三价砷的研究

地下水中的砷污染日益严重,摄入高砷地下水会严重危害人体健康。因此,高效去除水中的砷具有重要意义。在室温下合成了铁基金属有机框架MIL-88A用于吸附水中的As(Ⅲ)。通过XRD、SEM、XPS和FT-IR等手段对MIL-88A进行了表征,研究了MIL-88A吸附As(Ⅲ)过程的动力学、热力学参数。结果表明:MIL-88A能够实现对水中As(Ⅲ)的高效吸附,最大吸附量为286.37mg/g,高于现有同类型吸附剂;MIL-88A吸附As(Ⅲ)过程的动力学和等温线数据分别符合准二级动力学模型和Freundlich模型,说明MIL-88A对As(Ⅲ)的吸附是化学吸附与多层吸附相结合的过程。结合表征分析可以得出,MIL-88A表面的羧基可以吸附As(Ⅲ)并将其氧化成As(Ⅴ),As(Ⅴ)通过氢键继续吸附As(Ⅲ)形成多层吸附。该研究为高效脱除水中As(Ⅲ)提供了理论参考。

金属有机框架/纳米酶复合SERS基底在生物医学分析领域的应用与展望

表面增强拉曼散射(Surface-Enhanced Raman Scattering,SERS)技术是基于分子振动指纹信息的分析方法,灵敏度高,选择好,可无损现场检测,加之水体系干扰小,在生物样本分析和医学早期诊断等领域有潜在的应用前景。纳米酶是人工模拟酶,与天然酶相比,易于批量制备、种类多样和环境稳定的优点。金属有机框架化合物(Metal-organic framework,MOF)便于设计和合成,具有介孔晶体结构,比表面积大,可固载其它纳米材料,提高稳定性。本综述关注纳米酶、MOF与SERS基底复合提高分析性能和稳定性,重点介绍了基于MOF/纳米酶/SERS技术平台在生物医药分析领域的应用现状与展望。

卟啉基金属有机框架在光疗领域的应用

卟啉基金属有机框架是金属或金属团簇与卟啉配体或其家族化合物配位自组装形成的晶体结构,结合了卟啉类分子良好的光物理特性和生物相容性,具有周期性和可调控的结构,在光化学领域和生物医药领域具有应用潜力;尤其是能够充分发挥卟啉类分子的优越性能,可通过光动、光热等光辅助治疗方法实现杀伤有害细胞的效果。该文介绍了卟啉基金属有机框架的结构,综述了卟啉基金属有机框架在光辅助治疗领域的最新研究进展,主要包括其在光疗抗肿瘤及抗菌领域的应用研究现状,重点介绍了近几年卟啉基金属有机框架在光敏剂基础上的改进以及衍生出的多样化的功能;最后,对其未来发展前景进行了展望。