基于组分设计的MOFs衍生碳基吸波材料的研究进展

金属有机骨架(MOFs)具有孔隙率高、比表面积大等特点,其衍生物重量轻、带宽宽、损耗能力强,具有有序规整以及易设计性的组分结构而被广泛用于电磁波吸收研究。总结了单金属、双金属及金属氧化物MOFs碳基吸波材料作为微波吸收材料的性能、优势及其在电磁波吸收方面的应用等,分析了不同组分和组分设计对电磁波吸收性能的影响。尽管还面临许多的挑战,但MOFs衍生物作为电磁波吸收材料显示出广阔的发展潜力。

Fe-MOFs衍生碳基吸波材料研究进展

随着社会的快速发展和电子设备的普及,电磁辐射污染问题变得尤为突出,也带来了潜在的危害。因此,开发高效的电磁波吸收材料以解决电磁辐射污染问题迫在眉睫。铁基金属有机框架(Fe-MOFs)具有高度不饱和的铁金属中心离子和多样的结构类型。通过将Fe-MOFs作为前驱体进行碳化,可以制备出铁/铁氧化物/铁碳化物均匀分布的衍生碳基化合物。这些Fe-MOFs衍生碳基化合物表现出较高的介电损耗和磁损耗能力,可有效克服当前吸波材料存在的吸收频带窄、阻抗匹配性差等问题,成为近年来备受关注的一种新型吸波材料。首先简要介绍了电磁波吸收机制,然后综述了近年来关于单金属、双金属、三金属Fe-MOFs以及由Fe-MOFs与其他材料(包括碳材料、导电聚合物、MXene和生物质)复合制备的衍生碳基吸波材料的研究进展,最后对MOFs衍生碳基吸波材料的未来发展方向进行了展望。

MOF衍生碳复合电极材料制备及电化学性能研究

针对活性炭比电容低的问题,利用金属有机骨架(MOFs)大的比表面积和丰富孔隙结构,研究了一种协同双电层机制与赝电容特性的MOFs衍生多孔碳与活性炭的杂化复合材料。通过设计不同的Zn/Co比和碳化温度,制备了N掺杂多孔碳复合材料。ZCPC@AC-800经三电极体系测试,以6 mol/L KOH为电解质,在0.5 A/g时,比电容为327.5 F/g,高于单金属原子生成的MOF衍生多孔碳复合材料,这是由于纳米复合材料中双金属MOF在热解过程中能提供更加多样的活性位点。此外,在电位窗口为0~1.5 V的3 mol/L KOH电解液中组装的对称超级电容器(ZCPC@AC-800∥ZCPC@AC-800)在375 W/kg的功率密度下,具有21 Wh/kg的能量密度。经循环测试,5 A/g时充放电5000次后,其初始比电容仍保持80%。

Co-MOF衍生钴基催化剂制备及其NaBH_(4)水解制氢性能

采用钴基MOF为前驱体,通过惰性气氛碳化法制备了系列衍生钴基催化剂,探讨了不同催化剂在NaBH_(4)水解制氢中的催化性能.采用X射线衍射仪(XRD),透射电子显微镜(TEM),X射线光电子能谱分析(XPS),热重分析(TGA)等深度分析了不同碳化条件对Co-MOF衍生钴基催化剂的晶相结构、微观形貌、元素价态等的影响.研究结果表明:在不同碳化温度下,Co-MOF衍生钴基催化剂展示了不同的微观形貌、晶相结构和元素价态,随着惰性碳化温度升高节点钴逐步从离子钴向单质钴转化.NaBH4水解制氢实验表明不同碳化温度可以显著影响催化剂的水解制氢催化活性和稳定性,其中以钴离子转化的Co-MOF(300)催化剂展示了最佳催化活性,明显高于高温碳化的钴基催化剂.

多金属MOF衍生多孔碳微波吸收性能研究进展

在对单金属MOF衍生多孔碳微波吸收性能研究进展的基础上进行了拓展,继续研究了多金属MOF衍生多孔碳材料做微波吸收材料的吸波原理和相较于单金属MOF衍生多孔碳的优势。分别从双磁性金属MOF多孔碳、单磁性金属MOF多孔碳和三金属MOF多孔碳3个方面论述了其研究进展。综合上述进展分析了多金属MOF衍生多孔碳做吸波材料存在的问题并对其未来发展方向做出了展望和预测。

超级电容器用MOFs衍生纳米电极材料的研究进展

超级电容器因具有功率密度高、充放电速度快和循环寿命长等优点而备受关注,但是较低的能量密度限制了其广泛应用。开发新型高效电极材料对改善超级电容器电化学性能至关重要。金属有机框架材料(MOFs)具有比表面积大、结构孔径可控和活性位点丰富等特点,故在能量转化和储存领域受到了广泛关注。但是由于MOFs的结构稳定性和导电性较差,其作为超级电容器的电极材料时,无法获得满意的电化学性能。以MOFs为前驱体制得的MOFs衍生物的稳定性和导电性优于原生MOFs,显著提高了超级电容器的电化学性能。本文综述了超级电容器用纳米MOFs衍生碳化物、氧化物、氢氧化物、磷化物、硫化物电极材料的研究现状,总结了MOFs衍生超级电容器电极材料的合成策略,为超级电容器用MOFs衍生纳米材料的研究提供指导意义。

磷酸化MOF衍生碳基材料(PC-808-PO4)对U(Ⅵ)吸附性能的研究

以MOF-808为牺牲模板,经惰性气氛碳化和磷酸化改性制备磷酸化MOF衍生碳基材料PC-808-PO_(4),并考察其对U(Ⅵ)的吸附性能。结果表明,在p H 5.5和298.15 K时,PC-808-PO_(4)对U(Ⅵ)的最大吸附容量为391.54 mg/g。U(Ⅵ)在PC-808-PO_(4)上的吸附符合Langmuir吸附等温模型和准二级动力学模型,表明其为单层化学吸附过程。PC-808-PO_(4)对U(Ⅵ)的优异吸附效果可用于放射性废水中U(Ⅵ)的去除。

单金属MOF衍生多孔碳微波吸收性能研究进展

现阶段,电子仪器和设备受到空前关注,但是电磁波污染问题也随之加剧,电磁吸波材料可以保护人体和仪器设备免受其干扰,而且对于军用设备的隐身也会起到重要的作用。金属有机框架(MOFs)是一种三维多孔结构,其合成方法简单,尺寸形貌和孔径大小可控,形状结构稳定。其衍生的多孔碳材料因具有较强的导电性和较大的比表面积等优点使其成为热门的应用材料。在微波吸收领域,MOF衍生多孔碳材料也展现出巨大潜力。文中从MOF的中心金属出发,对单金属MOF衍生多孔碳材料的研究现状和吸波原理进行了介绍,详细总结了其在微波吸收领域的研究进展,并综合上述进展分析了单金属MOF衍生多孔碳做吸波材料存在的问题,最后对其未来发展方向做出了展望和预测。

MOFs基材料在超级电容器中的研究进展

介绍导电金属有机框架配合物(MOFs)、MOFs基碳材料和MOFs基金属氧化物等3种MOFs基电极材料在超级电容器领域的研究进展。主要分析讨论了超级电容器电化学性能(电容、稳定性、倍率性等)的影响因素及与电极材料结构特点的关系,并展望了高性能电极材料的发展方向。

生物质衍生磁性碳基复合材料的制备及其吸波性能

为响应国家碳中和、碳达峰目标,解决磁性碳基复合材料制备方法繁杂、能耗高、环境不友好等问题,提出生物质衍生法制备碳基吸波材料的新策略。通过选取香菇为原料,铁盐为金属源,经吸附得到铁/香菇前驱体,后经高温煅烧得到Fe/Fe_(4)N/C复合材料,对材料的相结构、微观形貌、热稳定性、磁特性等理化性质进行表征,分析其吸波性能。研究结果表明:随煅烧温度升高,Fe/Fe_(4)N/C复合材料中磁性纳米粒子结晶性增强,Fe_(4)N含量增加,材料的矫顽力和饱和磁化强度降低;煅烧温度有助于碳组分由无定形碳向微晶石墨转变,碳组分石墨化程度升高;当温度为700℃时,Fe/Fe_(4)N/C复合材料的吸波性能最佳,厚度为4 mm时,有效吸收带宽可达6.64 GHz(4.00~10.64 GHz)。研究结果将为磁性碳基吸波材料的合成提供借鉴,继而促进生物质衍生法的推广应用。

基于UiO-66系列衍生碳基材料负载Ru基催化剂研制及其氨分解制氢性能研究

采用水热法制备出正八面体的UiO-66和UiO-66-NH2,在氩气氛围下热处理以及氢氟酸刻蚀后,可获得了ZrO2/CN、ZrO2/C、CN和C四种载体材料,并以此为载体负载Ru金属。以氨分解制氢为模型反应,采用TEM和XRD对其结构进行了表征,主要研究UiO-66系列衍生碳基材料负载钌金属催化剂的的结构-性能关系。研究结果表明:ZrO2和N元素协同Ru可显著增加氨解性能,2%Ru-ZrO2/CN在550℃下转化率可达到99.01%以及具有最低的活化能Ea为31.60 kJ/mol。

镍/生物质衍生氮掺杂多孔碳纳米复合材料的制备及对甲醇氧化反应的电催化

以Ni(Ac)_(2)·4H_(2)O和生物质材料丝瓜络为原料,通过先浸渍后热解的方法制备了低成本的镍纳米颗粒/丝瓜络衍生氮掺杂多孔碳纳米复合材料(Ni/T⁃dNPCN)。研究复合材料对甲醇的电催化性能,并讨论热解温度对复合材料结构和性能的影响。结果表明,Ni/T⁃dNPCN修饰玻碳电极(GCE)在碱性条件下对甲醇氧化反应(MOR)具有良好的电催化活性。其中,800℃煅烧得到的Ni/T⁃dNPCN_(800)/GCE对1 mol·L^(-1)甲醇具有最低的起始电位(0.344 V(vs Ag/AgCl))、最高的催化电流密度(质量活性:1902 mA·mg_(Ni)^(-1);比活性:1.61 mA·cm^(-2))和最快的动力学反应过程(Tafel斜率:50.23 mV·dec^(-1)),其催化活性约为商业化Pt/C/GCE的3.92倍。且计时电流测试表明,Ni/T⁃dNPCN_(800)/GCE具有良好的稳定性。

原位生长法制备CDC/SiC陶瓷基复合材料

碳化硅(SiC)陶瓷具有脆性大、冲击韧性低、加工性能差等缺点大大限制了其应用范围。碳化物衍生碳(CDC)的比表面积高、纳米孔结构发达、孔径分布窄且精确可调,使碳化物衍生碳材料在摩擦自润滑、超级电容器、气体储存、催化剂载体等领域显示了独特的性能优势和广阔的应用前景。原位生长技术具有成本低、易操作、适合工业上批量化生产等优点,采用原位生长法在SiC陶瓷表面成功制备了CDC/SiC复合材料。通过激光共聚焦显微镜、高温摩擦磨损试验机、显微硬度仪、划痕仪等检测手段研究了CDC/SiC复合材料性能与SiC陶瓷表面属性之间的关系。结果表明CDC/SiC复合材料的摩擦系数及表面粗糙度随SiC陶瓷基体表面粗糙程度的降低而减小,表面光滑平整,平均摩擦系数为0.136,明显提高SiC陶瓷基体的耐磨性;CDC/SiC复合材料显微硬度约为348.6 HV,明显低于SiC陶瓷的硬度。利用原位生长技术制备CDC涂层有望成为改善SiC陶瓷表面性能的有效途径。

金属有机骨架衍生碳基材料用于吸附-降解有机污染物的研究进展

随着人类社会发展,抗生素、内分泌干扰物以及染料等持久性有机化合物的频繁使用引发的水环境污染将对人体健康和生态环境造成不可逆的危害。因此,寻找绿色、高效和低成本的污染物处理技术刻不容缓。金属有机骨架(MOFs)衍生碳材料具有结构可控性强、比表面积大、化学稳定性高、表面可功能化等特点,在吸附-降解去除持久性有机污染物领域有着广泛应用。综述了MOFs衍生碳材料的制备过程、性质特点、阐述了其吸附-降解有机污染物的应用。最后探讨了MOFs衍生碳材料在水环境吸附-降解有机污染物应用中面临的挑战,并对其在吸附-降解有机污染物领域的未来研究和应用进行了展望。

基于Ce-MOF衍生的CeO_(2)/C复合材料修饰电极检测多巴胺

采用溶液法制备出铈金属有机框架(Ce-MOF)材料前驱体,在700℃下碳化得到CeO_(2)/C碳基材料,进一步酸化得到OA-CeO_(2)/C。通过扫描电镜、X射线衍射、傅立叶变换红外光谱等技术对材料进行表征,制备的OA-CeO_(2)/C具有规整的形貌。用OA-CeO_(2)/C复合材料构建了电化学传感器,并用于检测多巴胺。响应信号与浓度在0.1~1.3μmol/L和1.3~5.2μmol/L之间呈线性关系,检出限为0.04μmol/L,回收率为93.9%~100.7%,相对标准偏差为0.11%~0.21%。该电化学传感器可应用于牛血清中多巴胺的检测。

Cu-BTC衍生的CuO_(x)/C催化甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯性能

碳基材料负载Cu是一类高效的甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯催化剂,但存在Cu纳米颗粒易团聚和氧化等问题。采用溶剂热法制备了Cu-BTC,并以其为前驱体,在N2气氛下热解,制备了碳负载Cu及其氧化物(CuOx/C)催化剂。考察了热解温度对Cu纳米颗粒粒径、Cu的价态以及甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯性能的影响。表征结果显示,升高热解温度有利于Cu^(2+)还原为(Cu^(0)+Cu^(+)),但会导致Cu纳米颗粒团聚。催化剂活性随着热解温度升高而降低,当热解温度为300℃时,制备的CuOx/C-300具有最优的催化活性,碳酸二甲酯的时空收率为1209 mg·g^(-1)·h^(-1),归因于Cu纳米颗粒的粒径最小(7.5 nm)。经过6次循环实验后,碳酸二甲酯的时空收率降至468 mg·g^(-1)·h^(-1),催化剂失活的主要原因是(Cu^(0)+Cu^(+))的氧化和Cu纳米颗粒团聚。

多孔碳包覆铜纳米颗粒的制备及性能表征——推荐一个化学综合实验

以Cu-MOF为前驱体,通过热解法制备氮掺杂多孔碳包覆铜纳米材料,采用X射线粉末衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)和傅立叶变换红外光谱仪(IR)等仪器对产物的形貌和组成进行表征。考察了不同热解温度对多孔碳材料形貌和组成的影响,探究其在硝基苯还原反应中的催化性能,并优化了反应条件。将材料的制备、表征和性能探究设计成一个综合实验,能够培养学生的科研思维和综合分析能力。

Co_(0.5)Cu_(0.5)/CNR催化剂制备及其氨硼烷水解制氢性能研究

以硝酸钴和硝酸铜制备溶液A,苯二甲酸(PTA)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)制备溶液B,两种溶液通过溶剂热法制备Co/Cu拉瓦希尔骨架系列材料(Co/Cu-MIL前驱体),进一步直接碳化前驱体制备出MOFs衍生物,即双金属碳纳米棒(CoxCu_(1-x)/CNR)催化剂。通过SEM、TEM、XRD、XPS等表征手段探究其形貌和组成。结果表明,Co/Cu-MIL经过高温焙烧后成功得到CoxCu_(1-x)/CNR,当x=0.5、溶剂热温度为120℃、焙烧温度为650℃时得到的催化剂催化活性最优,Co_(0.5)Cu_(0.5)/CNR催化剂催化氨硼烷(AB)水解制氢的TOF值为2718.21 h^(-1),反应的活化能为51.64 kJ/mol,且催化剂的循环稳定性较好,在循环10次后催化活性虽然有所下降,但对AB仍然保持100%的转化率。

储氢材料研究进展

氢能作为一种新型的能量密度高的绿色能源,正引起世界各国的重视。储存技术是氢能利用的关键。储氢材料是当今研究的重点课题之一,也是氢的储存和输送过程中的重要载体。本文综述了目前已采用或正在研究的储氢材料,如金属(合金)储氢、碳基储氢、有机液体储氢、络合物储氢、硼烷氨储氢等材料,比较了各种储氢材料的优缺点,并指出其发展趋势。

生物质衍生碳基复合吸波材料的研究进展

为了满足军事国防领域对隐身技术的需求,解决5G时代广泛的电磁污染问题,各类型的碳基吸波材料异军突起。生物质衍生碳基材料相比传统碳基吸波材料,不仅提高了吸波性能,还具有轻质、低成本和可持续的优势。简要叙述了生物质碳材料的合成方法,系统地介绍了可食用和非食用2种生物质衍生材料在碳基复合吸波材料制备中的应用,综述了近几年来生物质衍生碳基复合材料在吸波领域的最新研究进展。重点分析了不同生物质衍生碳基复合材料的微观结构、微波吸收性能的差异,并概述了不同生物质衍生碳基复合材料吸波机理,最后讨论了具有高效微波吸收性能的生物质碳基复合吸波材料所面临的挑战,展望了其未来发展的方向。为从事生物质衍生吸波材料的科研工作者提供了较为全面的理论和应用知识背景,并有望进一步推进生物质衍生碳基复合吸波材料的发展及应用。