金属-有机骨架膜的制备及其在膜分离领域的应用

金属-有机骨架(MOFs)膜具有孔道尺寸、结构易调控且可功能化等显著优点,在气体和液体膜分离领域呈现出巨大的发展潜力和研究价值。连续致密无缺陷MOFs膜的大面积制备是目前MOFs膜在分离领域应用面临的主要挑战之一,解决该问题的关键在于改善基膜和MOFs膜间的界面结合以及提高MOFs膜致密性。从化学修饰基膜、物理修饰基膜、MOFs晶种修饰基膜、二维材料诱导MOFs膜生长等4个方面入手,介绍MOFs膜的制备方法及其在膜分离领域的研究进展,重点阐释了不同修饰和制膜方法的机理,分析了其对成膜性和膜分离性能的影响规律,总结了MOFs膜制备研究中存在的问题,并对MOFs膜制备的发展方向进行了展望。

金属-有机骨架材料在气体膜分离中的研究进展

金属-有机骨架材料(metal-organic frameworks,MOF)由于具有高比表面积、大孔隙率、功能性孔道结构以及种类多样性等特征,在储气、分离、催化、载药和光学等领域受到重视。其中,制备纯MOF膜或基于MOF的混合基质膜(mixed matrix membranes,MMMs)并用于气体分离,被认为具有潜在的应用前景。目前为止,实验合成的MOF材料种类已有两万种,为了快速筛选出合适的MOF材料作为膜材料,计算化学的方法可以极大地缩减MOF膜的研究周期,并有助于指导实验合成高效膜分离材料。本文分别从计算和实验两方面介绍了MOF膜在气体分离中的研究进展,分析表明,MOF膜的研究总体上向功能性更强、稳定性更高的方向发展,但是利用计算方法建立MOF膜的构效关系还存在一定的难度。因此,建立MOF膜的结构与性能表征的新概念、新方法,并利用MOF膜的结构-性能关系指导实验合成高稳定性、低成本的膜材料将是未来MOF膜的发展方向。

碳中和背景下HKUST-1膜的制备与碳捕集效果研究

为了研究HKUST-1膜在碳中和目标中的应用潜力,选取了超细聚甲基丙烯酸甲酯粉(PMMA),以二氧化硅为基板,在现有条件下合成了一种HKUST-1膜。所制备的HKUST-1膜光滑均匀,完整独立,其大小和形状多种多样,厚度从数百纳米到数百微米不等。采用粉末X射线衍射(PXRD)、扫描电子显微镜(SEM)和CO_(2)吸附研究了所合成的聚合物支撑和自支撑微孔HKUST-1膜的结构,进行了数组气体分离实验来探究HKUST-1膜在碳捕集方面的应用效果。

Preparation of copper net-supported metal-organic framework-5 membranes for solid-state lasers

Continuous copper net-supported metal-organic framework (MOF-5) membranes of high quality are synthesized for the first time by vapor diffusion of an organic amine. The velocity of diffusion of the organic amine and reaction temperature directly affect the quality of the membranes formed. Furthermore, a laser dye is successfully encapsulated within such membranes in CHCl3. The dye-loaded MOF-5 membranes have potential applications in optics, especially in laser systems.