基于2D卟啉金属有机框架纳米材料的高性能电化学传感

亚硝酸盐危害人类的身体健康。通过制备一种二维钴-卟啉金属有机框架纳米材料,构建了Co-卟啉/玻碳电极(Co-TCPP/GCE)无酶亚硝酸盐电化学传感器,建立了检测亚硝酸钠的电化学分析新方法。研究表明,该传感器亚硝酸根的最低检出限为0.617μmol/L,线性范围宽至1.0μmol/L^1.388 mmol/L,并展现出良好的重现性、稳定性和抗干扰能力,可应用于牛奶样品中亚硝酸盐含量的测定,建立了基于金属有机框架纳米材料检测牛奶中亚硝酸盐的新方法。

一种金属有机框架纳米材料的制备及其染料吸附性能研究——推荐一个研究型综合化学实验

介绍一个从合成、表征到性能研究的完整研究型综合实验。合成路线巧妙,制备出了文献报道的尺寸最小的纳米金属有机框架。引入纳米材料研究基本表征手段和吸附动力学研究,通过实验教学展示材料研究方法,拓展学生知识面。通过对实验条件的设计,激发学生探索精神、培养学生创新意识、训练学生化学思维。

具有核壳结构的金属有机框架纳米材料的研究进展

多组分无机纳米粒子(NPs)和金属有机框架(MOFs)的可控一体化,正在引领着多种新型多功能材料的形成.具有核壳结构的金属有机框架纳米粒子(NP@MOF),综合了多组分无机纳米粒子和金属有机框架(MOFs)协同性质,NP@MOF材料的突出优点是:它的组成具有无限选择性、壳上孔径具有可调性、核壳具有多功能性,这种突出的独特功能使得人们争相洞察其未来发展.主要综述了具有核壳结构的多组分金属有机框架纳米粒子的制备方法和研究进展,最后介绍了其在多相催化、气体存储等方面的应用.

金属有机框架纳米材料及在生物传感器中的应用研究进展

金属有机框架(metal-organic frameworks,MOFs)是由金属离子和有机配体通过自组装形成的具有周期性网状结构的多孔无机-有机杂化材料,具有孔径可调、比表面积大、孔隙率高等特点,因纳米级尺寸和可控性结构,基于MOFs构建的纳米酶受到研究人员的广泛关注。与传统的天然酶相比,该类具有拟酶活性的纳米材料拥有许多优点,如产量高、价格低廉、稳定性好等。介绍了金属有机框架的特点、合成方法以及在生物传感器中的应用研究进展,并对今后的发展进行了展望。

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.

金属有机框架衍生碳纳米管与聚苯胺复合纳米材料用于高性能锌离子混合电容器

锌离子混合电容器具有高能量密度、高功率密度、长寿命、高安全性、环保以及低成本等优点,得到了极大的关注。设计合成高性能的正极材料用于匹配具有高理论容量的锌负极是目前研究热点。本文首先以金属有机框架ZIF-67为模板衍生制备出碳纳米管(CNT),然后将聚苯胺(PANI)沉积在CNT上制备PANI@CNT复合正极材料。实验结果表明,在电流密度为1 A/g时,PANI@CNT//Zn器件比容量高达150.11 mAh/g,在经过3000次循环充放电后,容量没有衰减,这些性能均优于单独的PANI材料。本文为开发新型的高性能锌离子混合电容器正极材料提供了参考。

金属有机框架材料在骨组织工程和骨科疾病治疗中的多重应用

背景:金属有机框架材料因其可调节的孔隙率、较大的表面积、生物相容性良好和结构多样等独特的性质在骨组织工程和骨疾病治疗中展现出巨大的应用前景。目的:综述金属有机框架材料在骨修复、关节炎、骨感染和骨肿瘤中的研究进展、运用及优缺点,为后续研究提供参考及策略。方法:检索Web of science、Pub Med和中国知网数据库,英文检索词为“Metal-Organic Frameworks,MOFs,Orthopedics,Bone Repair,Bone Regeneration,Orthopaedic Applications,Bone Tissue Engineering,Bone Infection,Arthritis,Bone Tumor,Osteosarcoma”,中文检索词为“金属有机框架,骨科,骨修复,骨再生,骨科应用,骨组织工程,骨感染,关节炎,骨肿瘤,骨肉瘤”,检索了2015-2023年的相关文献。根据纳入与排除标准对所有文献进行初筛后,最终纳入72篇文章进行综述。结果与结论:(1)在促进骨修复过程中,金属有机框架材料中的金属离子中心能够激活相应信号通路,从而通过促进成骨基因的表达、抑制破骨细胞、促进血管生成、加速骨矿化进程4个方面促进成骨,因此,以钙、锶、钴、铜和镁离子等金属离子作为金属中心的金属有机框架材料在改善骨缺损植入物的性能方面具有很大潜力。(2)以锌/钴金属有机框架为代表的金属有机框架材料能发挥类细胞保护酶的活性,清除活性氧,促进软骨再生,与天然酶相比具有不易失活和更好的稳定性等优势。(3)锌基金属有机框架材料凭借宽带隙、光生载流子的有效分离迁移以及高稳定性的特点,在光催化领域表现出色,广泛用于细菌及肿瘤细胞的杀灭。(4)双金属金属有机框架材料由于额外金属的掺杂,导致结构性能发生优化而具有关键优势,例如锌/镁金属有机框架74具有更高的稳定性进而实现持续抗菌,钽/锆金属有机框架光吸收能力及光催化效率的增加,成为了放疗增敏剂。(5)然而,金属有机框架材料在临床应用中仍面临诸如药物释放的不确定性、生物体内安全性及长期存在可能诱发的免疫反应等挑战.

基于金属有机框架材料ZIF-8纳米酶酶解全蝎蛋白研究

实验研究金属-有机框架材料水解纳米酶对动物药全蝎蛋白的酶解作用。首先从5种有机框架纳米材料中选出酶解效果最好的水解纳米酶,然后选用已知蛋白牛血清白蛋白(BSA)检测有机框架纳米材料是否具有蛋白酶样活性,并对其酶解工艺进行优化。通过比较5种有机框架纳米材料对全蝎蛋白的酶解效果,得出金属-有机框架纳米复合材料ZIF-8对全蝎蛋白的酶解效果最好。通过对比考察材料用量和酶解时间对酶解结果的影响,得出了最佳反应条件,6 mg的ZIF-8在60℃条件下反应15min的酶解效果最好。综上所述,ZIF-8作为纳米酶酶解过程快速简便,有望用于全蝎蛋白的水解。

金属有机框架复合材料对放射性碘的吸附机制研究进展

【目的】以金属有机框架(metal-organic framework,MOF)复合材料作为吸附剂高效吸附核电站运行、核燃料后处理、核医学过程以及核事故等所泄漏的放射性碘,研究MOF复合材料对放射性碘的吸附机制,消除环境中的放射性碘污染。【研究现状】综述了近年来MOF复合材料吸附放射性碘的基于化学反应、强化MOF空间结构和电子转移的吸附机制。MOF中掺杂银、铜和铋金属或金属氧化物生成的MOF复合材料具有较大的接触面积和较多的活性位点,铋掺杂MOF复合材料对气态I_(2)的吸附性能最优。在MOF复合材料中掺杂多孔材料能增大孔隙体积;高温热解MOF复合材料使得活性位点均匀分布并提高利用率;在MOF复合材料中嵌合纳米复合膜或离子液体能够与吸附物充分接触,回收性和重复利用性好;改变MOF的金属节点或共轭同类MOF衍生出的MOF复合材料,可增强对放射性碘的物理吸附性能。MOF复合材料可以经过碳化作用增强与放射性碘的电荷转移作用,I_(2)能以络合物的形式吸附在MOF复合材料的活性位点上。【结论与展望】虽然对MOF复合材料对放射性碘的吸附机制的研究取得重要进展,但仍然面临着吸附容量小、吸附速率慢、回收利用性差及活性位点利用率低等问题。提出应进一步研究铋掺杂MOF复合材料,探究在高温条件下对放射性碘的吸附机制,采取适当措施减少金属掺杂MOF复合材料对环境的二次污染。

掺杂银纳米粒子的钴基金属-有机框架纳米复合材料对土霉素的光催化降解

目的:采用超声还原法制备银纳米颗粒-羽片外壳ZIF-67纳米复合材料(Ag-ZIF-67p),测定土霉素(OTC)降解效果,探究其光催化性能。方法:采用超声法制备具有较大比表面积的羽片外壳的ZIF-67p,通过还原金属前驱体AgNO_(3),将纳米尺度Ag粒子负载到ZIF-67外壳羽片上得到Ag-ZIF-67p复合材料。通过SEM、TEM、XRD、XPS等对材料进行表征,光度法探究不同条件下复合材料对OTC的降解效果。结果:由于ZIF-67大孔隙率和表面积的协同特性以及Ag纳米颗粒的高导电性和优异的催化活性,对土霉素降解具有协同催化作用。结论:Ag-ZIF-67p可作为高效降解土霉素的催化材料。

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。

有机金属框架纳米材料协同抗菌和载药作用的研究进展

细菌耐药性已成为影响动物和人类健康的主要因素,开发新型抗菌药物及制剂是主要的应对手段之一。金属有机框架(Metal organic frameworks,MOFs)是由金属离子和有机配体组成的纳米材料,具有孔隙率高、比表面积大、易于修饰、生物相容性好等特点。目前已发现MOFs具有抗菌作用,其结构适合装载和递送药物,这为研发新型抗菌药物提供了新机遇。本文概述了MOFs的结构特点与抗菌和载药机理,并提出了建议和展望。

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。

镍钴双金属-卟啉有机框架复合纳米材料构建的无酶传感器检测多巴胺

以Ni、Co为金属节点,5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉(TCPP)为金属配体,合成了金属有机框架材料(MOFs)作催化材料,以还原氧化石墨烯(r GO)和乙炔黑(ACET)作信号放大材料,制备出一种灵敏度高、稳定性高、选择性好的无酶电化学传感器,用于检测多巴胺(DA)。通过一步水热法制成rGO-NiCoTCPP,再用滴涂法将其修饰在玻碳电极上,即得GCE/rGO-NiCoTCPP电极,最后将ACET滴涂在此电极上,得到GCE/rGONiCoTCPP/ACET电极。利用红外光谱、扫描电子显微镜和电化学阻抗对此电极进行了表征,并将不同修饰电极放在磷酸缓冲液中进行循环伏安表征。GCE/rGO-NiCoTCPP/ACET传感器对DA具有较宽线性范围(0.4~160μmol/L)及较高的电流响应(检出限为0.198μmol/L),有望应用于实际样品中DA的检测。

金属有机框架衍生镍纳米颗粒在宽电位窗口内高效电催化二氧化碳还原

电催化二氧化碳(CO_(2))还原被认为是将CO_(2)转化为可再生能源产品的一种有前途的方法。开发性能优异的电催化剂高效完成这一重要反应是关键。镍基催化剂广泛应用于电催化CO_(2)还原研究,但是,镍纳米颗粒经常表现较差的催化性能。在本文中,通过在氮气气氛中高温热解镍基金属有机骨架(MOF)、尿素和炭黑混合物,获得了镍纳米颗粒负载于多孔碳氮中的催化材料(NiNPs-NC)。有趣的是,NiNPs-NC在H型和流动相电池中都表现出优异的CO_(2)电还原性能。在H型电解池和-0.67–-1.07 V vs.RHE(可逆氢电极)电位窗口内,NiNPs-NC催化CO_(2)还原为CO的法拉第效率大于90%,其中,在-0.87 V vs.RHE时,CO的法拉第效率约为100%。在流动相电解池和-0.50–-0.70 V vs.RHE电位窗口内,NiNPs-NC催化CO_(2)还原为CO的选择性大于95%。电化学阻抗谱图和塔菲尔斜率表征显示,NiNPs-NC的高催化活性归因于其在催化过程中的快速电荷转移。本文提供了一种制备高效CO_(2)电还原催化剂的方法。

金属有机框架衍生的Co_(3)O_(4)/SnO_(2)复合材料制备及其光催化性能

金属有机框架(metal-organic framework,MOF)材料ZIF-67衍生Co_(3)O_(4)十二面体纳米块在室温下与SnO_(2)复合,制备出立方体Co_(3)O_(4)/SnO_(2)复合光催化剂.煅烧后形成的Co_(3)O_(4)/SnO_(2)材料禁带宽度明显降低,荧光淬灭明显,说明Co_(3)O_(4)的加入拓展了SnO_(2)的光响应范围至可见光甚至红外光区域,同时促进了光催化反应过程中光生载流子的分离.以罗丹明B(Rhodamine B,Rh B)为目标反应物,在可见光下考察了MOF衍生的Co_(3)O_(4)/SnO_(2)的光催化降解活性,发现Co_(3)O_(4)/SnO_(2)在60 min内可以降解89.6%的Rh B,分别是纯SnO_(2)和纯ZIF-67的4.5倍和3倍.同时,Co_(3)O_(4)/SnO_(2)表现出了良好的光反应能力和稳定性.基于以上实验结果并结合自由基淬灭实验,提出了MOF衍生的Co_(3)O_(4)/SnO_(2)复合材料光催化降解有机染料RhB的机理.

纳米金属有机框架材料的储氢性能研究

采用溶剂热法制备了纳米金属有机框架材料,通过粉末X射线衍射(PXRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)、红外光谱(FT-IR)、热重分析(TG)、差示扫描量热法(DSC)和压力-组成-温度测试仪(PCI)等分析和表征手段,获得了该材料结构、形貌、热稳定性和吸附性能等信息。该材料对不同吸附质(如水0.19g/g和苯0.41g/g),表现出不同的吸附能力,并具有双亲功能。在77K,1.5MPa条件,其储氢量为3.2%(质量分数,下同),包含微孔内填充的高压氢气时为3.4%,包含中孔、微孔内填充的高压氢气时为3.9%。

环糊精金属有机框架材料对发射药静态燃烧火焰特性的影响

通过蒸汽扩散法成功合成了3种环糊精金属有机框架(CD-MOF)材料,并采用单晶X-射线衍射对其单晶结构进行解析。作为潜在的消焰剂,相比传统的硝酸钾热分解温度(722.0℃),3种CD-MOF更低(250.9℃;261.0℃;290.3℃),更容易释放钾离子,且在硝化纤维素(NC)中显示出良好的物理分散性和化学相容性。此外,添加CD-MOF的NC在热分解时产生的易燃和有害气体(CO、NO、NO_(2)和N_(2)O)更少。添加γ-CD-MOF的单基药在燃烧时表现出最小的火焰面积(119.6 mm^(2)),而添加β-CD-MOF的单基药显示出更低的火焰面积标准偏差(8.4 mm^(2)),表明其消焰效能更稳定。相比之下,添加KNO_(3)的单基药火焰面积最大(392.7 mm^(2))。

卤化物钙钛矿与金属有机框架复合材料合成及其在光电领域研究进展

卤化物钙钛矿(Perovskite)材料凭借其卓越的光电性能,在光电材料领域展现出非凡的应用潜力。然而,其固有的不稳定性在一定程度上限制了其应用。近年来,利用金属有机框架(Metal-organic frameworks,MOFs)封装卤化物钙钛矿形成的新型复合材料愈发受到关注。这种封装策略不仅能显著提升其在湿度、温度和光照等条件下的稳定性,还能赋予其独特的性能优势。本文综述了钙钛矿与金属有机框架复合材料(PeMOFs)在光电转换领域的最新功能和应用。首先详细阐明了PeMOF的制备策略及研究进展;进而介绍了MOF在PeMOF中起到的独特作用;最后,总结PeMOF在太阳能电池、光催化、传感器、发光二极管、荧光防伪与信息加密、辐射防护与监测等领域的最新研究成果,并对该领域未来的发展方向和应用前景进行了展望。