聚合物基MOFs复合材料抗菌研究进展

金属有机骨架(MOFs)是一类备受瞩目的新兴材料,在抗菌领域有着广泛的应用。将聚合物与MOFs进行复合制备聚合物基MOFs(PolyMOFs)复合材料,不仅可以增强MOFs的稳定性、机械强度等,还可以进一步扩展其应用范围。该文重点综述了PolyMOFs复合材料在抗菌方面的研究进展,概述了功能性MOFs的制备和主要抗菌机制,以及PolyMOFs复合材料的制备方法;总结了具有抗菌功能的PolyMOFs复合材料在医疗健康、食品保鲜、空气净化、水污染防治、纺织品防护领域的应用;最后对具有抗菌功能的PolyMOFs复合材料目前在抗菌领域面临的挑战和未来包括特定功能增强、制备工艺优化和应用领域拓展等方面的发展方向进行了展望。

金属有机框架(MOFs)在超级电容器中的应用与展望

随着全球环境污染问题加重,人们需要清洁高效的能源取代化石燃料,因此开发新型绿色储能装置变得越来越重要。超级电容器是介于传统电容器和电池之间的新型电容器,虽然超级电容器比起传统电容器在储能、功率密度和循环性能等方面有所提升,但在可持续的能源转换和储存系统中,探索高稳定性和高容量的新材料仍是一个充满挑战的问题。金属-有机骨架(MOFs)具有的高比表面积和可调节孔径特性,使其成为电催化候选材料并且在超级电容器领域中引起关注。通过文献研究,介绍了几种常见超级电容器如双电层电容器,赝电容和混合电容器及其近些年在超级电容器领域的MOFs分类:ZIF、IROMFs、MILs、UIOs、HKUST-1系列和其他近年发现的新型MOFs材料,最后总结了MOFs的研究进展及其优缺点,并对金属有机框架(MOFs)在超级电容器中的发展与挑战进行了讨论。

AZ31镁合金基Cu-MOF-SA超疏水膜的制备及其耐腐蚀性能研究

腐蚀是影响镁及其合金大规模应用的关键技术难题之一,因可有效隔离金属基底与腐蚀介质的直接接触,从而降低腐蚀速率,制备超疏水表面成为提高镁合金耐蚀性的有效途径。通过一步电沉积方法,在AZ31镁合金基底上成功制备了铜-金属有机骨架-硬脂酸(Cu-MOF-SA)超疏水膜,并对超疏水膜的耐腐蚀性、化学稳定性和耐热性进行了综合研究。结果表明,表面的水接触角可达158°,超疏水膜覆盖的试样在3.5%NaCl溶液中表现出良好的耐腐蚀性能,相比AZ31镁合金基底,其腐蚀电位正移了0.24 V,腐蚀电流密度降低了1个数量级。在pH值为1~14的溶液中浸润24 h后,超疏水膜的水接触角仍可达135°以上,浸泡在pH=1的溶液24 h的超疏水膜的腐蚀电位比AZ31镁合金基底高0.21 V。在20~90℃空气中保温24 h后,超疏水膜的水接触角仍保持在154°以上,80℃下保温24 h后其腐蚀电位比AZ31镁合金基底的高0.22 V,腐蚀电流密度比AZ31镁合金基底的小1个数量级。结果表明,本研究制备的Cu-MOF-SA疏水膜具有良好的超疏水性和耐腐蚀性。

MOF膜对金属离子的去除性能及机理研究进展

金属有机骨架材料(Metal organic frameworks,MOFs)具备高渗透性、高选择性、孔径可调及拓扑结构等特点,在金属离子的吸附、还原方面展现出极大优势,因此被广泛应用于MOF膜合成.本文综述了MOF膜的合成方法及其对金属离子的去除性能,重点探讨了MOF负载量、温度、pH值、膜通量及膜孔径等因素对MOF膜去除金属离子的影响,在此基础上归纳了MOF膜对金属离子的吸附和过滤机理,并对MOF膜在金属离子去除方面的应用前景进行了展望,以期为MOF膜的工程化应用提供参考.

Zr基MOFs材料UiO-66-NH_(2)负载g-C_(3)N_(4)催化剂的制备及光催化性能

通过溶剂热法制备了UiO-66-NH_(2)/g-C_(3)N_(4)催化剂,以甲基橙(MO)染料溶液为模拟污染物,研究可见光照射下UiO-66-NH_(2)/g-C_(3)N_(4)光催化活性和循环使用稳定性。结果表明:UiO-66-NH_(2)均匀地负载在层状g-C_(3)N_(4)表面,UiO-66-NH_(2)与g-C_(3)N_(4)形成Ⅱ型异质结,抑制了光生电子-空穴的复合;当催化剂质量浓度为1.25 g/L时,其对MO的光催化降解率达到了95.6%,催化剂循环使用5次后其对MO的光催化降解率仍达到了85.2%。

二维任意凸四边形网格的MoF界面重构解析算法

流体矩量(MoF)方法是近年来发展的一种分段线性网格重构方法,在多物质任意拉格朗日-欧拉(MMALE)方法中应用广泛.针对传统MoF方法在进行界面重构时采用迭代算法的低效问题,本文提出了一种针对凸四边形网格界面的解析解求法,代替传统的迭代求解方法应用在传统的MoF方法之中,基于Fortran语言编写了数值仿真程序;典型计算算例的结果证明本文提出的新方法大幅提高了界面重构过程的效率.

预置纳米MOF-5晶种二次生长法合成MOF-5膜

以Zn(O2CCH3)2为锌源采用溶剂热法合成了纳米级金属有机骨架MOF-5晶体,并以此为晶种预置在多孔-αAl2O3载体的表面以形成连续的晶种层,再利用二次生长法制备出超薄且连续的MOF-5晶体膜。实验结果表明:以Zn(O2CCH3)2为锌源所制得的MOF-5晶体能保持了MOF-5的立方体形貌且具有较高的结晶度和比表面积,晶体的颗粒大小均一,尺寸集中在500～800nm范围内,仅以Zn(NO3)2为锌源制得的MOF-5晶体粒径的1/100;以这种纳米级MOF-5为晶种所制得的晶种层的厚度较薄(～4μm)且具有较好的分散性和连续性;经过二次生长后可以得到连续生长的晶体膜。该晶体膜的XRD的特征衍射峰与MOF-5晶粒的特征衍射峰完全相符,这说明膜层上的MOF-5晶体是以无定形方式生长的;SEM照片显示所得的MOF-5晶体膜上的晶体粒径较小且大小均一、晶粒间连接紧密且无明显裂痕,晶膜层生长连续而无明显的裂痕;本文所制得的MOF-5晶体膜层非常薄,厚约为6μm,是目前公开报道的最薄MOFs膜。

MOFs膜的制备方法及其应用研究

首先讨论了金属有机骨架材料(MOFs)薄膜的不同制备方法(蒸发结晶法、溶剂热法、叠层法、电化学法、微波诱导热沉积、胶体沉积法等),分析了每种方法制备的MOFs薄膜特点及优、缺点;其次总结了多功能MOFs薄膜在压力诱导化学检测传感器、Fabry-perot传感器、基于石英晶体微天平(QCM)传感器、发光MOF薄膜等方面的应用;最后对MOFs薄膜的应用与发展进行了展望。

开放体系中动态溶剂热法合成金属-有机框架材料MOF-808及性能研究

金属-有机框架材料(MOFs)材料具有大的比表面积,高的孔隙率,易于调变的孔道尺寸和表面化学环境,展现出巨大的应用前景。然而常用的晶化釜溶剂热法产率低、能耗高,难以实现工业化大批量生产。采用常压开放体系,在动态条件下实现了MOF-808的高效合成。详细考察了不同合成温度及合成时间的影响,通过X射线粉末衍射、扫描电子显微镜、N;-吸脱附及热重等手段对样品的结晶度、形貌、孔道结构及稳定性进行表征。结果表明:在130℃,5h的条件下即可合成得到尺度均一、结构规整的高结晶度MOF-808。得到的MOFs材料具有超过1000m^(2)/g的比表面积和超过0.50cm^(2)/g的孔体积,且具有高的热稳定性。该方法突破了晶化釜产量的限制,大大缩短了MOF材料的合成时间,提高了合成速率。

Ti_(x)-Ni_(1-x)-MOFs的制备及其CO选择性催化还原NO_(x)研究

采用溶剂热法和微波法合成了不同比例的Ti_(x)-Ni_(1-x)-MOFs材料,并用于以CO为还原剂的选择性催化脱硝反应.结果表明,双金属Ti_(x)-Ni_(1-x)-MOFs的NO还原率显著高于单金属Ni-MOF,且反应温度窗口更宽,其中,Ti_(0.2)-Ni_(0.8)-MOF表现出最佳的脱硝效率,在200~400℃温度范围达到100%的转化率.通过XRD,FT-IR,SEM,TGA,XPS,N2吸脱附等表征手段发现,Ti掺杂Ni-MOF后有利于改善原子分散性,Ti、Ni间金属的相互作用有利于产生丰富的高效Ni-O-Ti位点,加强Ni^(2+)+Ti^(4+)↔Ni^(3+)+Ti^(3+)氧化还原循环,从而明显提高了NO+CO催化反应性能.与溶剂热法相比,微波法制备Ti_(0.2)-Ni_(0.8)-MOF具有合成效率高、结晶度好、晶粒细小均匀的优势,并进一步提高了其低温脱硝效果.

不同方法合成金属有机骨架材料MOF-5的比较研究

针对金属有机骨架材料MOF-5的制备,采用了水热合成法、直接加入法以及在直接法中额外滴加H_2O_2的3种方法分别合成MOF-5晶体。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)以及热重分析仪(TG)等仪器对MOF-5晶体进行了表征。研究了不同合成方法对其结构、形貌及热稳定性等性质的影响。结果表明:3种方法所制备的晶体XRD衍射峰与文献中MOF-5晶体的特征峰相符,即均可合成MOF-5晶体。但SEM、FTIR以及TG结果表明:水热法合成的晶体具有粒径较小和结构规则的特点,但热稳定性较差;其余2种方法合成的产物为微米级无规则聚集状晶体,与水热法相比晶体性质有一定差异。此外,滴加H_2O_2有助于晶粒的快速形成以及晶粒分散。

一种基于MOF界面重构的二维中心型MMALE方法

发展了一种基于MOF(Moment of Fluid)界面重构的二维中心型MMALE(Multi-Material Arbitrary Lagrangian-Eulerian)方法.其中,流体力学方程组采用中心型拉氏方法进行离散求解.混合网格的热力学封闭采用Tipton压力松弛模型.混合网格内的界面重构采用MOF方法,并对MOF方法作了简化和改进.重映步采用一种基于多边形剪裁算法的精确积分守恒重映方法.计算了若干数值例子,包括二维漩涡发展问题、Sedov问题、激波与氦气泡相互作用问题、水中强激波与空气泡相互作用问题、二维RT不稳定性问题等.数值算例表明,该方法具有二阶精度,能够计算界面两侧密度比和压力比很大的问题,并且其健壮性优于交错型MMALE方法,适合计算多介质复杂流体动力学问题.

MOF-5/PI混合基质膜成膜性的研究

以MOF-5晶体与聚酰亚胺前驱体溶液为原料,通过溶液共混法制备了表面平整、力学强度较高的MOF-5/PI混合基质膜。采用PLM、SEM、拉伸试验机考察了MOF-5含量和聚酰亚胺前驱体浓度对MOF-5/PI混合基质膜结构与性能的影响。研究结果表明,当MOF-5晶体添加量为5%、聚酰亚胺前驱体溶液浓度为0.75mol/L时,MOF-5/PI混合基质膜的力学性能最好。

MOF衍生铜基复合催化剂的制备及其催化氧化CO研究

采用蒸汽诱导法合成铜金属有机骨架材料(Cu-MOF),通过浸渍法将铈引入Cu-MOF骨架结构中得到复合前驱体,再通过高温热处理,制备出新型铜基复合氧化物。研究发现铈的掺杂可以调变铜基复合物的晶型结构,以此作为催化剂,考察铈负载量对铜铈复合氧化物催化效果的影响,并获得催化剂的最佳配伍。优化制备的复合催化剂在180℃和空速50000 h^(-1)条件下,CO脱除效率超过99%,展现出高效的催化氧化CO活性。此外,在Cu-MOF合成中掺入TiO_(2),可以调变氧化铜形成,促进催化剂的催化氧化CO性能。

聚合物载体上合成金属有机骨架材料MOF-5的研究

研究了在尼龙66滤膜载体上MOF-5晶体的合成。考察了合成方法及反应物配比对MOF-5晶体性能的影响,采用SEM、XRD和TGA分析技术对所制备的样品进行了表征。研究结果表明,尼龙66滤膜可以作为MOF-5晶体生长的良好载体,且在反应温度130℃、反应时间4 h的条件下,当硝酸锌/对苯二甲酸的摩尔比在2.0∶1.0～2.5∶1.0时,通过溶剂热法可以在尼龙66滤膜载体上合成结构规整、呈立方体形态、晶体大小(<50μm)和分布都较小的MOF-5晶体。

基于Ni-MOF@RGO修饰玻碳电极的电化学法无酶检测血液中的葡萄糖

选用一种水热法制备的金属有机骨架材料Ni-MOF,将其与还原氧化石墨烯(RGO)复合,修饰在玻碳电极(GCE)表面,构建了用于葡萄糖检测的无酶传感器.以Ni-MOF@RGO/GCE为工作电极,Ag/AgCl为参比电极,铂丝为对电极,将该三电极系统置于含有葡萄糖的标准碱性溶液中,于0.3~0.7 V内进行扫描,记录葡萄糖的响应氧化还原电流.结果显示,葡萄糖的浓度在1~80μM以内与其对应的峰电流呈良好线性关系,检出限为0.36μM(S/N=3).基于Ni-MOF@RGO修饰电极对50μM葡萄糖标准溶液平行测定5次,测定值的相对标准偏差为4.3%.对血清进行加标回收试验,葡萄糖的回收率为96.4%~104.6%.

两种方法合成的MOFs材料表征及吸附性能研究

采用水热法和常温合成法合成了MOF-5和MOF-199两种金属有机骨架材料,通过X射线衍射、傅里叶红外光谱证实了合成样品的结构,并利用热重分析仪、光学显微镜和N2吸附装置对样品的粒径大小、孔径、晶粒完整程度、热稳定性和比表面积进行了表征。结果表明:两种合成法均可成功制备MOF-5和MOF-199材料,但水热法合成的MOFs材料的粒径、孔径、晶粒完整度、热稳定性和比表面积都好于常温合成的这两种材料。

基于金属-生物分子骨架(Bio-MOF-11)材料催化性能的牛奶中大肠杆菌O157:H7快速定量检测

本研究的目的是建立一种基于金属-生物分子骨架催化性能的快速定量检测牛奶中大肠杆菌O157:H7的新方法。以腺嘌呤和醋酸钴为原料,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂合成一种钴金属-生物分子骨架(Bio-MOF-11)。对Bio-MOF-11的催化性能进行研究,发现Bio-MOF-11具有和辣根过氧化物酶(HRP)类似的催化活性,并能在无过氧化氢(H2O2)存在的情况下催化3,3′,5,5′-四甲基联苯胺(TMB)显色。基于此建立一种通过磁性微球进行特异性富集,通过检测与靶标结合的Bio-MOF-11的量间接检测牛奶中大肠杆菌O157:H7的方法,该方法的线性范围为3×10^3-6 CFU/mL,检测限为8 CFU/mL,检测时间为25 min。该方法能快速,简单,高灵敏度、高选择性定量地检测出牛奶中的大肠杆菌O157:H7,在食源性致病菌的快速筛查中具有重要的应用价值。

不同基材的MOF在油水分离中的应用进展

随着经济的快速发展,石油、天然气等行业排放大量含油废水,给生态环境造成巨大影响。因此,开发一种处理含油废水的新型材料及处理方法备受关注。金属有机框架(MOF)是一种新型微孔、结构可调的多功能材料,多变性和可修饰性的特点赋予其超疏水/超亲水性能,在油水分离中应用广泛。简述利用溶剂热法、超声波法、微波法、机械合成法和搅拌法制备MOF,及MOF对海绵、不锈网、水凝胶和过滤膜基材的修饰,以及在油水分离中的应用,并对今后MOF在水处理方面的发展进行展望。

基于锌-MOF衍生自掺杂氮多孔炭在超级电容器中的研究

通过简单的水热法工艺制备锌-MOF并调节炭化温度得到自掺杂氮多孔炭ZBTC-T,通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、氮气吸附曲线、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对自掺杂氮多孔ZBTC-T的结构进行了表征,说明了微观结构和宏观性能之间的关系。自掺杂氮多孔炭ZBTC-T结合了金属和炭的优势以及保留锌-MOF中的氮原子从而展现出优异的电化学性能,自掺杂氮多孔炭ZBTC-850具有7.98%的高含氮量和735.42 cm;/g的比表面积,在电流密度为1.0 A/g,具有212.9 F/g的优异比电容,经过5000次充放电循环中保持其原始值85.04%,突出良好的倍率性能优势并在高性能方面表现出广阔的应用前景。