铁基金属-有机框架材料电催化析氧性能的研究进展

电催化水分解技术被认为是一种实现可再生能源的重要手段,可以分为阳极析氧反应和阴极析氢反应,而金属-有机框架材料被广泛应用于电催化析氧反应领域。铁作为过渡金属具有独特的电子结构和最大化金属利用率的优点,铁基金属-有机框架材料在电催化水分解反应中表现出良好的应用前景。综述了铁基金属-有机框架材料在电催化水分解中的最新研究进展,并对其衍生材料的制备方法及其微观结构对催化活性、稳定性和析氧能力的影响做了介绍。最后,提出了高性能电催化析氧反应催化剂的设计策略,并对其在电催化析氧领域的应用前景进行了展望。

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。

含二茂铁基金属有机光、电、磁功能材料

介绍金属有机光、电、磁功能材料的特点以及含二茂铁基的金属有机化合物在非线性光学材料、铁磁性材料、液晶材料等三大领域内的应用研究进展．

有机体基锌铁双金属催化剂的溶胶凝胶法制备及对染料废水的可见光催化降解

将乙酰丙酮锌和乙酰丙酮铁分别作为有机锌源和有机铁源,采用溶胶凝胶法成功合成出一种新型有机体基锌铁双金属材料,该材料对水体有机污染物具有良好的光催化降解作用.分别利用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、元素分析(elemental analysis,EA)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis diffuse reflection spectrum,UVPC)、电感耦合等离子体发射光谱(inductively coupled plasma emission spectrometry,ICP-AES)、傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FT-IR)等仪器分析的方法对此材料结构和组成成分进行了分析,结果表明:该材料具有层状结构,层间距约为8.74 nm;材料中元素铁、锌和碳的质量分数分别为8.39%、25.73%和39.64%;材料中发现了乙酰丙酮和金属氧键的存在.以刚果红、罗丹明B以及苯胺分别作为阴离子、阳离子和非离子有机污染物的代表,考察了该材料的可见光的光催化活性及选择性.结果表明:在光照条件下,催化剂对阴离子染料刚果红光催化3 h后的单位去除量为99 mg/g,对阳离子染料罗丹明B的单位去除量为36 mg/g,而对非离子有机污染物苯胺的单位去除量只有32 mg/g,因此该材料对阴离子染料有良好的选择性光催化性能.

碳基纳米零价铁复合材料的合成与应用研究进展

由活性炭、生物质炭、石墨烯、碳纳米管和介孔碳等碳基材料作为纳米零价铁(nZVI)载体的环境功能复合材料具有高孔隙率、大比表面积、强吸附性和还原性等特点,被广泛应用于有机污染物和重金属的去除。综述了液相还原共沉淀、碳热还原、水热碳化和机械化学等碳基纳米零价铁复合材料(C@nZVI)的合成和表征方法。通过总结C@nZVI的主要应用对象和处理性能,归纳了各种C@nZVI的结构、特性和去除污染物的机理。C@nZVI不仅应用于水中有机污染物和重金属污染物的去除,还用于贵金属回收、电化学催化以及脱氮除磷生物反应器等新领域。目前,在C@nZVI合成方法的优化、C@nZVI的回收与利用,以及C@nZVI应用于复合污染修复等方向的研究仍需完善。总结归纳了C@nZVI合成与应用的最新进展,为C@nZVI的进一步研究和应用提供了最新信息。

纳米零价铁复合材料的制备及其在环境污染治理中的应用综述

纳米零价铁(nZVI)及其复合材料是环境污染控制技术中应用的一种高效修复材料,由于其特有的壳核结构(零价铁内核-铁氧化物表面),表现出独特的吸附性或还原性,因此在土壤和地下水有机污染物和重金属修复领域有着广泛的应用优势。文章在对纳米铁的理化性质全面了解的基础上,重点对改性纳米零价铁复合材料的制备以及在环境污染治理中的应用进行了全面综述,并对其去污机理进行了分析。相较于在污水治理中的广泛应用,改性后nZVI复合材料在土壤有机和重金属污染修复方面的应用性能非常优良,效果好,迁移性佳。但是,评估改性nZVI复合材料及携带污染的迁移和生态环境安全性方面的研究还有待加强。

调控MOF材料的压铁电性能

金属有机骨架(MOF) UiO-66晶体先前被认为不具备压电/铁电性,因为通过粉末XRD,研究者们发现它是中心对称晶格[Fm3m(225)] 1,2。然而,新加坡国立大学曾开阳研究组通过双频共振追踪压电力显微镜(DART-PFM),发现UiO-66晶体具有压电响应3。结合第一性原理计算,研究组人员认为UiO-66的结构不是高度中心对称的Fm3m(225),而是较低的对称形式F43m(216) 4。

一种双金属吸附材料制备及降解二氯苯酚的效果

针对水体中二氯苯酚难以通过降解去除的问题,制备一种双金属吸附材料,并探讨了该材料的性能。结果表明,双金属材料的最佳制备工艺为:以二水氯化铜为铜源和m(铁):m(铜)=10:2;最佳吸附工艺为:在二氯苯酚初始浓度和pH值分别为50mg/L和5的模拟废水中,按照10g/L的投加量,且在空气环境温度为25℃和摇床转速为200r/min的条件下降解200r/min,此时二氯苯酚的降解率可达97%。同时用双金属材料循环降解6次后,对二氯苯酚的降解率维持50%。由此得出,本试验制备的双金属材料具有良好的降解性能。

热压法制备MIL-100(Fe)/ACF复合材料及其对染料的光催化脱色

以七水合硫酸亚铁为金属盐,均苯三甲酸(H3BTC)为配体,活性炭纤维(ACF)为基材,采用热压法制备了MIL-100(Fe)/ACF复合材料。以活性黑KN-R染料为脱色对象,通过正交试验优化了MIL-100(Fe)/ACF复合材料的制备工艺:七水合硫酸亚铁与H3BTC的物质的量之比为1.5∶1、热压温度为150℃、热压时间为40 min。利用SEM、FT-IR、XRD表征手段,证明MIL-100(Fe)成功负载到ACF上。研究了复合材料在不同条件下对染料的脱色性能,结果表明:随着染液中H2O2添加量的增加,脱色率提高,但当H2O2加入量超过0.16 mL/L后,脱色率变化不大。复合材料对不同染料的脱色效果不同,对活性黑KN-B和罗丹明B的脱色率超过96.0%,对活性红3BS的脱色率达到90.0%以上,对活性艳蓝KN-R的脱色率仅为65.6%。重复使用4次后,对活性黑KN-B染液的脱色率为75.4%。

金属有机骨架材料Fe-MIL-100诱导的铁基费托催化剂的合成及催化性能研究

随着石油资源的日益枯竭及环保要求的日益严苛,寻找非石油路线生产清洁燃料的方法迫在眉睫,费-托合成是一种以合成气(CO和H_2)为原料生产液体燃料的高效方法.铁基费-托合成催化剂广泛应用于工业,本工作研究了多孔碳材料包裹的活性组分高度分散的铁基费托催化剂的制备、结构及费-托合成反应性能.以金属有机骨架材料Fe-MIL-100为前驱体,通过控制碳化温度调节催化剂金属负载量、催化剂粒子尺寸及铁的相态.研究发现碳化温度为500℃所得催化剂在反应温度为260℃、压力为3 MPa、空速为8000 h^(-1)时CO转化率达到68%,展现出优良的中温费托合成反应性能.

碳化温度对MOFs基碳材料吸附性能的影响

本文以均苯三酸和二水合醋酸锌、苯并咪唑/苯并三氮唑作为反应物,在50℃条件下合成了两种金属有机框架结构MOFs-Bm/MOFs-Bt。分别在不同温度下氮气氛围中煅烧得到纳米多孔碳材料Bm-t/Bt-t。利用红外光谱仪、同步热分析仪对配合物的结构以及热稳定性进行了表征;对煅烧后样品采用场发射扫描电子显微镜、比表面及孔径分析仪等进行表征,并通过对亚甲基蓝的脱除来测试其吸附性能。结果表明:煅烧温度越高碳材料对亚甲基蓝的吸附性越好;相同煅烧温度下Bm-t比Bt-t具有更好的吸附效果;煅烧温度在600℃-750℃间吸附速率发生了断崖式变化,说明虽然根据热重分析,600℃时配合物的框架结构完全坍塌,但并未碳化完全。

前驱物性质对PMN-PT弛豫铁电薄膜制备的影响

以无机盐为原料,柠檬酸和EDTA为复合螯合剂,乙二醇为溶剂制备PMN-PT弛豫铁电薄膜,研究了复合金属有机盐前驱物的性质对薄膜结构和成膜质量的影响。结果表明:成膜的前驱物最佳浓度为0.35～0.40mol/L;苯甲酸添加剂参与溶胶的聚合,有利于钙钛矿结构相的形成。获得了均匀连续的近全钙钛矿结构相(≥99%)PMN-PT弛豫铁电薄膜。

AP/Co-MOF核壳型纳米复合材料对AP热分解的自催化性能

为了提高高氯酸铵(AP)热分解的催化效率,在0℃下采用液相化学沉积法合成了AP/Co-MOF纳米复合材料;通过SEM、EDX、FTIR及XRD对该材料的形貌和结构进行了表征,并研究了其对AP热分解的自催化性能。结果表明,Co-MOF纳米粒子在AP颗粒表面均匀成核且长大形成核壳结构的AP/Co-MOF纳米复合材料;不同比例的AP/Co-MOF纳米复合材料对AP热分解均展现了很好的催化效果,其中,AP与Co-MOF质量比为100∶4的AP/CoMOF纳米复合材料表现出最佳的自催化性能。

腈纶基MIL-100(Fe)复合材料的制备及其对染料的光催化脱色

采用原位生长法将铁基金属-有机骨架材料[MIL-100(Fe)]负载在腈纶上,制得腈纶基MIL-100(Fe)复合材料。优化了复合材料的制备工艺:均苯三甲酸和硫酸亚铁的物质的量比为1∶2.0、室温下反应20 h。复合材料对不同染料的脱色率从高到低依次是活性黑KN-B、罗丹明B、活性艳红M-3BE、活性艳蓝KN-R,重复使用5次后对活性黑KN-B的脱色率仍能达到86%。

涤纶基MOF(Fe)复合材料的制备及光催化脱色性能

采用层层组装法在碱减量涤纶网格布上负载铁基金属-有机框架材料[MOF(Fe)],成功制备了涤纶基MOF(Fe)复合材料。结果表明,以均苯三甲酸为配体,在65℃组装5次的涤纶基MOF(Fe)复合材料,在H_(2)O_(2)投加量为0.16 mL/L,pH 3~9范围内,对10 mg/L亚甲基蓝光催化处理60 min的脱色率达到90%以上,重复使用5次仍能保持90%的脱色率。

锂离子电池用CuFe2O4立方颗粒负极材料的合成及其电化学性能

金属氧化物材料具有多倍于商业石墨负极的理论容量,但此类材料在储锂过程中会出现体积膨胀,导致活性物质粉化脱落,影响锂离子电池的循环寿命。以金属有机框架(MOFs)普鲁士蓝立方体为自牺牲模板合成了空心CuFe2O4立方颗粒,并将其作为锂离子电池的负极材料。CuFe2O4立方块的粒径范围在300~500 nm之间,壳层厚度为40 nm。电化学测试表明CuFe2O4立方颗粒在200 mA/g电流密度下循环200次后放电容量仍能达到742.4 mAh/g,出色的性能得益于颗粒的中空结构能够有效缓解因储锂而产生的体积膨胀,从而延长锂离子电池的循环寿命。

熔铁催化剂活性相的调控及其费托反应性能

采用水热合成法,在制备MIL-101(Fe)的过程中加入熔铁催化剂,使熔铁催化剂表面涂覆MIL-101(Fe),通过碳化温度和碳化气氛的调变,制备了具有不同活性相组成(θ-Fe_(3)C和χ-Fe_(5)C_(2))的熔铁催化剂,同时将其在340℃、1MPa和GHSV=12000h^(-1)反应条件下,进行费托合成反应性能评价,并运用XRD、SEM、CO-TPD、N_(2)-物理吸附等表征手段进行表征分析。结果表明,当催化剂中含有θ-Fe_(3)C时,具有更高的C_(5)+选择性;在不同碳化气氛下,催化剂产生的活性相不同,且随碳化温度的升高,2种气氛下产生的活性相都可相互转化,但催化剂的反应性能相差显著。CO气氛下,当θ-Fe_(3)C部分转化为χ-Fe_(5)C_(2),催化剂具有较高的活性,这是由于θ-Fe_(3)C和χ-Fe_(5)C_(2)的协同作用更利于CO的解离吸附,提高了催化剂的活性;混合气氛(H_(2)+CO)下,当χ-Fe_(5)C_(2)部分转化为θ-Fe_(3)C,转变过程中由于χ-Fe_(5)C_(2)发生晶格畸变,抑制了CO的解离吸附,导致催化剂活性大幅下降。在CO气氛下,700℃碳化温度下所制得的催化剂具有最佳的催化反应性能,其CO转化率为74.4%,同时具有较高的C_(5)+选择性,为65.6%。

负载MIL-100(Fe)腈纶复合材料的制备及对染料的光催化脱色

以七水合硫酸亚铁为金属盐,均苯三甲酸(H_(3)BTC)为有机配体,采用层层自组装法在腈纶(PAN)上负载铁基金属-有机骨架材料[MIL-100(Fe)],制得MIL-100(Fe)/PAN复合材料。探讨了组装温度、组装次数、铁盐及配体浓度、光源及H_(2)O_(2)用量对复合材料光催化降解活性黑KN-B性能的影响。采用FT-IR、SEM方法对复合材料进行表征。结果表明,MIL-100(Fe)/PAN复合材料较优的制备工艺为FeSO_(4)·7H_(2)O浓度20 mmol/L,H_(3)BTC浓度10 mmol/L,50℃组装7次。加入22 mL/L 30%H2O2,在1 000 W氙灯下光催化处理60 min,5 g/L MIL-100(Fe)/PAN复合材料对50 mg/L活性黑KN-B的脱色效果可达96.8%,重复使用5次后,脱色率可达85.3%。

基于Mn-MOF制备的竹节结构Mn2O3及其电化学性能

通过简单的溶剂热法制备出Mn-MOF前驱体,然后以Mn-MOF前驱体为模板,在空气环境中,450℃温度下煅烧,得到Mn2O3。采用XRD、TG、SEM、CV、GCD等表征手段对所得样品进行结构表征以及性能测试。结果表明,制备的Mn-MOF为棒状结构,棒状Mn-MOF经煅烧后得到竹节结构Mn2O3。该种竹节结构Mn2O3具有良好的电化学性能,在0.5mol/LNa2SO4水溶液电解液中,电流密度为0.5A/g时,比电容为149F/g。此类新型竹节结构Mn2O3的开发为Mn2O3材料在超级电容器领域的应用开辟新的方向。

CoFe_(2)O_(4)/ZIF-9催化过一硫酸盐降解罗丹明B

采用共沉淀法成功合成了磁性CoFe_(2)O_(4)/ZIF-9复合材料。以罗丹明B溶液为污染物模型,通过催化剂催化过一硫酸盐评价其催化活性。催化剂筛选结果表明,复合催化剂CoFe_(2)O_(4)与ZIF-9的摩尔比为1∶5为最佳配比。实验结果表明,在20 min内,用100 mg/L的PMS和50 mg/L的催化剂对罗丹明B的去除率为99.7%。CoFe_(2)O_(4)/ZIF-9复合材料具有制备简单、催化活性高、可重复使用、回收容易等优点,是修复水污染的高效催化剂。