印染废水处理用MOFs基光催化分离膜的制备及改性

MOFs基光催化分离膜综合了膜分离和光催化技术的优点,能够高效处理染料废水,降低膜污染,在印染废水处理领域中具有独特优势。介绍了MOFs光催化材料的类型和特点,概述了MOFs基光催化分离膜的制备方法,包括相转化法、界面聚合法、真空过滤法、静电纺丝法和原位生长法等,重点分析了光催化分离膜的改性方法,包括配体修饰、贵金属沉积、助催化剂修饰、固定聚氧金属酸盐和构筑异质结等。指出了MOsF基光催化分离膜目前实际应用中面临的主要问题和未来的研究方向。

金属有机骨架(MOFs)基复合质子交换膜的研究进展

近年来,金属有机骨架(MOFs)材料由于具有超大的比表面积和丰富的孔道结构,作为一种新型的质子导体在质子交换膜中的应用受到越来越多的关注。随着研究的不断深入,为进一步提升MOFs复合质子交换膜的各项性能,MOFs材料在质子交换膜中的物理形态逐渐由颗粒状向连续相发展,MOFs材料的组分也呈现出由单一组分到双组分的发展态势。本文以质子交换膜中MOFs材料的物理形态为主线,将其划分为MOFs晶体/聚合物质子交换膜、第三相增强MOFs/聚合物复合质子交换膜和MOFs纳米纤维/聚合物复合质子交换膜,全面综述了MOFs材料在质子交换膜中的研究进展,并对MOFs复合质子交换膜的发展方向进行了展望。

MOFs@气凝胶吸附去除水中污染物的研究进展

MOFs@气凝胶相较于单一的MOFs具有超高的比表面积、较高的孔隙率、较好的聚合物相容性以及出色的结构孔隙等特性,可高效吸附去除水中污染物。介绍了MOFs@气凝胶的结构和理化性质以及MOFs@气凝胶的常用合成策略,并重点分析了合成策略的优缺点以及所面临的挑战;详述了MOFs@气凝胶对污水中重金属离子和有机化合物的吸附条件和吸附性能,对相关吸附机理做了系统总结和对比;阐述了MOFs@气凝胶在吸附水中污染物方面的可重复利用性。最后针对MOFs@气凝胶中MOFs的稳定性、气凝胶的基质材料、应用范围以及干燥技术等问题提出优化方向,指出提高MOFs@气凝胶的稳定性、探索新型基质材料、扩大MOFs@气凝胶的应用范围、探寻经济绿色的合成技术将是未来的研究方向。

双金属MOFs碳化材料的结构对锂硫电池正极性能的影响

利用硝酸钴和铁氰化钾在水溶液中沉淀反应以及ZIF-8在水溶液中的部分分解,分别制备了2种组成相近但结构不同的双金属有机框架前驱体Co-Fe precursor和ZCF precursor。经过多巴胺包覆,对2种产品在氩气气氛下退火获得碳化产物。将碳化产物与纳米硫粉混合得到的碳/硫复合材料(E-CoFeCN@C/S、E-ZCF@C/S)分别作为正极,组装扣式锂硫电池并测试电化学性能。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、热重分析仪进行形貌和结构分析。在组成相似的情况下,核壳结构碳载体(E-CoFeCN@C)与发散式结构碳载体(E-ZCF@C)对锂硫电池性能的影响呈现出“此消彼长”的特点:E-ZCF@C/S在循环伏安测试中表现出更小的极化以及更强的电流响应,在电化学阻抗测试中表现出更低的电荷转移阻抗,表明该材料有利于促进正极电荷传递过程,即加快电极反应动力学。E-ZCF@C/S在0.2C倍率下放电初始比容量为1211.3mAh/g,在2C倍率下放电初始比容量为794mAh/g,均优于E-CoFeCN@C/S。而核壳结构的优势主要体现在容量衰减方面,E-CoFeCN@C/S在0.2C倍率下经过100次循环后平均衰减率为0.074%(E-ZCF@C/S为0.26%),在2C倍率下循环300次后平均衰减率为0.047%(E-ZCF@C/S为0.13%),说明核壳结构对活性物质的锚固作用明显而对电荷转移不利。

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.

金属有机骨架(MOFs)衍生材料及其在催化领域的研究进展

金属有机骨架(MOFs)材料是一类具有大比表面积和可调孔结构的新型多孔材料,近年来在催化制备精细化学品领域受到广泛关注。在实际催化过程中,MOFs较差的稳定性制约了其在许多反应中的应用。以MOFs为前驱体制备的MOFs衍生材料能够保留MOFs材料结构上的优势,同时解决其稳定性差的问题,极大拓展MOFs材料在催化反应中的应用。综述MOFs衍生材料在催化领域特别是在加氢和氧化制备精细化学品中的研究进展,并对MOF衍生材料面临的问题及其在催化领域的应用前景进行了展望。

基于对苯二甲酸的MOFs对含氧阴离子的吸附及光降解研究

以对苯二甲酸为配体与金属盐反应得到两个金属-有机框架材料Cd-MOF和UiO-66,通过X射线粉末衍射仪(XRD)、热分析仪(TG)以及氮气吸脱附对两种MOFs材料进行表征,测试材料的纯度、热稳定性以及多孔性。用所合成的材料进行吸附和光催化降解含氧阴离子实验。结果表明:Cd-MOF对MnO^(-)_(4)、Cr_(2)O_(7)^(2-)和CrO_(4)^(2-)的吸附率分别可以达到100%、57%、62%,经过光降解后的去除率可达到100%、84%、87%,UiO-66对MnO^(-)_(4)、Cr_(2)O_(7)^(2-)、CrO_(4)^(2-)的吸附率分别可以达到66%、25%、60%,经过光降解后的去除率可达到99%、40%、87%。相对于吸附能力,两种MOFs材料对含氧阴离子尤其是含Cr阴离子均表现出更好的光催化降解能力,Cd-MOF对含氧阴离子的去除率优于UiO-66。机理研究表明,在光催化降解过程中产生了活性物质·O^(-)_(2)和·OH,它们的产生有助于提高降解效率。

MOFs基油水分离膜的研究进展

含油废水对生态系统、人类健康和海洋生物具有不利影响.传统的油水分离方法能耗高、分离效率低,限制了在乳液分离中应用.近年来,基于金属-有机骨架(MOFs)的油水分离膜因其灵活可变的结构、比表面积大、高孔隙率、易于制造以及可调节的功能性,在油水分离中的应用受到了广泛关注.本文系统地论述了MOFs基油水分离膜分离机理和优势.在此基础上,重点阐述了MOFs基油水分离膜的分类和在实际应用中的性能表现.此外,详细介绍了不同种类MOFs基油水分离膜的合成方法及其特点,展望了MOFs基油水分离膜的研究前景,为实现其大规模应用提供理论依据和技术指导.

MOFs基微流控电化学芯片对多种重金属离子的实时在线检测

将具有丰富微孔的ZIF-8金属有机框架和电化学技术对金属离子的富集作用与微流控器件对溶液流动的可控性相结合,构建了一种新型传感器,实现了高通量、实时和快速检测环境中的多种金属离子污染物.研制的ZIF-8-Nafion/ITO基微流控电化学传感器对Cd^(2+),Pb^(2+)及Hg^(2+)离子在0.1~100μmol/L的浓度范围内具有良好的线性关系,检出限分别为0.055,0.0025及0.0016μmol/L(S/N=3).该微流控芯片对于样品的需求量少,可降低对能源的消耗;同时由聚二甲基硅氧烷拓印的微流控器件还有望实现柔性电极的功能,对便携式电化学柔性器件在生物和环境样品的集成化和自动化检测具有重要意义.

MOFs衍生的黄铁矿型纳米电催化剂析氧性能研究

廉价、高效且耐用的非贵金属电催化剂的可控制备,对于推动电解水这项能源转换技术的大规模应用至关重要。以水热法制备的MIL-101(Fe)为前驱体,热解得到金属有机框架(MOFs)衍生铁碳化合物,经原位硫化还原,成功制备了纳米黄铁矿型催化剂(MIL-101(Fe)-D-FeS_(2))。采用X射线衍射仪(XRD)、冷场发射式扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)对样品进行了物相表征,发现FeS_(2)纳米球均匀衍生在前驱物形成的八面体碳框架上;通过循环伏安法和线性扫描伏安法研究了该材料在电化学反应过程中的可逆性和活性。结果表明:在10 mA/cm^(2)和100 mA/cm^(2)的电流密度下,MIL-101(Fe)-D-FeS_(2)的过电位分别为260 mV和307 mV,双层电容值为3.82 mF/cm^(2),塔菲尔斜率为48.4 mV/dec。该新型催化剂表现出优越的相关性能,优于传统商用电极RuO2和市售黄铁矿粉。此外MIL-101(Fe)-D-FeS_(2)在高电流密度下保持长期的稳定性。这种优异的活性得益于MOFs与FeS_(2)材料的结合,增加催化剂活性位点的暴露,提高整体催化剂的活性和导电性。研究结果为MIL-101(Fe)-D-FeS_(2)型电催化剂的开发和研究提供了新思路。

MOFs衍生物在尿素氧化中的研究进展

尿素氧化反应(UOR)在缓解现代氢能源制备和废水处理等压力中起着关键作用,引入性能优异的电催化剂有助于降低电化学能耗。金属-有机骨架(MOFs)衍生物因能克服MOFs原有导电性及稳定性差的固有缺陷备受关注,被认为是一种很有前途的电催化剂。本文回顾和总结了基于MOFs衍生物的设计和构建的相关研究:(i)基于镍基/非镍基的UOR的机理分析;(ii)概括了利用结构调控、形貌控制、界面工程和缺陷工程的手段提高电子电导率的策略,同时概括了材料物理特性改变与催化活性的相关性;(iii) MOFs衍生物基于UOR的应用研究。最后,对UOR的后期研究挑战和发展提出了合理的建议。

金属有机框架材料(MOFs)的电子束辐射稳定性

本研究在不同气氛(空气、氮气)、分散液(水、甲醇、乙醇)以及不同剂量条件下对4种典型的金属有机框架材料(MOFs)(MIL-101(Cr)、ZIF-8、UiO-66和UiO-66-NH2)进行了电子束辐照处理。通过傅里叶变换红外光谱、X射线衍射谱和扫描电子显微镜等方法对MOFs材料在辐照前后的化学组成、晶体结构和表面形貌进行表征。结果表明,上述4种MOFs材料在高于5000 kGy的剂量辐照后,其相应的红外特征峰、衍射峰和表面形貌特征均未产生显著变化,表现出了良好的辐射稳定性。这为MOFs材料在辐射环境下的进一步应用提供了研究基础。

基于MOFs的改性生物焦复合吸附剂脱碳特性及机理研究

为进一步探究高性能的金属有机骨架材料MOFs基CO_(2)复合吸附剂,首先通过掺杂Ce、Cu、Mn、Co多元金属对生物焦进行改性修饰,在探究最优制备方法的基础上,基于生物焦及Mg-MOF-74共同含有不饱和金属位点和含氧官能团的基础特性进行结构设计,制备Mg-MOF-74改性生物焦复合吸附剂.在获得复合吸附剂吸附特性的基础上,探究了负载多元金属、MOFs材料以及生物焦之间的耦合及协同作用机制,并通过多种表征手段研究了样品的孔隙结构、表面官能团与晶态结构等微观特性,同时结合吸附动力学、吸附热力学以及元素价态变化揭示了复合吸附剂的脱碳机理.研究发现,溶胶凝胶法利于制备改性生物焦;负载的多元金属以金属氧化物形式存在于改性生物焦中,氧化边缘晶格缺陷,为改性生物焦引入含氧官能团,且所获得的10%Fe+4%Ce+2%Cu样品效果最优,其吸附量为1.53mmol/g;复合吸附剂对CO_(2)的吸附是物理吸附与化学吸附共同作用的结果,MOFs材料优化了复合吸附剂的孔隙结构,改性生物焦因其石墨微晶结构与掺杂多元金属修饰而在表面产生电子转移,发生了化学吸附,即二者的复合在脱碳过程中发挥了相互促进与协同的作用,使复合吸附剂吸附性能得到明显提升,对于前驱体共热解法制备的样品相较于改性生物焦和Mg-MOF-74分别提升了230.7%和75.7%.

MOFs膜在离子分离中的应用研究进展

金属有机框架(MOFs)材料在膜技术领域受到的关注日益增长,其规则且高度可调的亚纳米尺寸孔道结构、高孔隙率以及官能化修饰的灵活性,使MOFs膜在精细化离子筛分方面表现出良好的应用潜力。近年来,离子在MOFs多晶膜、MOFs混合基质膜和MOFs通道膜体系内的选择性传输行为相继被报道,基于MOFs材料的结构-性能关系,通过可控设计以优化膜的选择性和稳定性取得了诸多进展。系统地梳理了上述MOFs膜的制备、离子选择性分离机理和优化思路,对比分析了其各自的特点和实际应用面临的挑战,基于此,提出MOFs膜在离子分离领域的潜在发展方向。

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。

基于MOFs材料的橡胶沥青制备及其烟气抑制效果研究

采用MOFs材料对橡胶沥青改性制备环保型橡胶沥青,分析MOFs材料与橡胶沥青的配比对环保型橡胶沥青流变性能、低温性能、以及VOCs抑制的影响,以气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)辨别VOCs成分谱特征.结果表明:在30℃时,UiO-66掺量为0.2 wt%、0.4 wt%、0.6 wt%时的复数模量比未掺入的分别提高17.2%、30.5%、36.6%.以0.6wt%掺量为例,在-6℃、-12℃、-18℃和-24℃时,其S值比未掺入的橡胶沥青分别提高5.12%、18.73%、7.86%、6.51%.当UiO-66掺量为0.6wt%时,VOCs数目由118种急剧减少到62种.橡胶沥青VOCs排放总浓度大幅降低48.1%,由1043.2 mg/m 3降低至501.9 mg/m 3.此外,UiO-66对一类致癌物的抑制效果显著,可使1,3-丁二烯的浓度降低高达71.2%,这表明UiO-66对橡胶沥青VOCs有显著的抑制作用.

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。

基于碳/MOFs及其衍生物复合材料在锂硫电池阴极中的应用

锂硫电池(lithium-sulfur batteries,LSBs)因其理论能量密度高、价格低廉而被认为是一种最具前景的新型电池体系之一。然而,实际应用中存在导电性差、体积易膨胀,以及循环稳定性差等问题。金属有机框架(metal organic frameworks,MOFs)因其高比表面积与孔隙率特性在LSBs中有效抑制硫溶解,提升硫利用率,实现高循环稳定性,而结合导电性优异的碳材料则进一步优化了整体导电性能。因此,基于碳/MOFs及其衍生物的复合物材料在LSBs阴极中的应用成为当前LSBs的研究热点。综述了近年来有关碳/MOFs及其衍生物的复合物材料在LSBs正极材料方面取得的一些研究进展,并对MOFs及其衍生物在LSBs电极中的应用进行了总结和展望。

基于高通量形式下的储氢MOFs材料筛选模拟研究进展

氢能的储运对于氢能发展有着重大意义,近年来储氢金属有机骨架材料(MOFs)的研究显著增长。围绕储氢MOFs材料的模拟与理论计算、储氢材料数据库、储氢MOFs材料高通量结构筛选与机器学习理论设计等方面展开论述和总结,并整理和阐述计算模拟方法在储氢MOFs材料方面的研究思路与进展,为促进储氢MOFs材料的快速应用提供理论依据。

MOFs负载聚乙烯亚胺(PEI)对硫化氢的吸附

煤炭清洁高效利用是当下煤炭资源发展的主题,煤炭加工利用过程中会产生以硫化氢(H_(2)S)为主的硫化物,对生产和环境造成了不利影响。近年来,吸附脱硫因其高脱硫效率、高精度、操作简单等优点成为广泛使用的脱硫方法。金属−有机框架材料(MOFs)具有大的比表面积和孔隙率、易于修饰和功能化的优势,在气体吸附领域具有很大的潜力。聚乙烯亚胺(PEI)是同时含有伯、仲、叔胺的高分子聚合物,对H_(2)S有强亲和力并发生可逆的化学反应,将PEI引入MOFs中有望进一步提升H_(2)S吸附性能。为此,采用浸渍法制备了PEI负载的MIL-101(Cr)、UiO-66、MOF-801、ZIF-8吸附剂,研究了载体类型和PEI负载量对H_(2)S吸附性能的影响,考察了吸附剂的循环使用能力。结果表明,负载PEI后,所有载体的吸附容量均有所提高,ZIF-8提高的最多,归因于ZIF-8载体本身大的比表面积、孔体积、负载后晶体结构的保持以及PEI与ZIF-8之间的相互作用。而其余MOFs由于比表面积和孔体积较小或负载PEI后结构发生破坏,负载PEI之后的吸附容量不理想。PEI的负载量会影响ZIF-8的孔隙结构和骨架的稳定性;50%(质量分数)PEI负载后的ZIF-8穿透硫容最高,为56.3 mg/g,是载体本身的55倍。再生循环实验表明,负载PEI的ZIF-8只能实现极少部分再生,并且负载量低的吸附剂的吸附循环性能比负载量高的更好,PEI的引入使ZIF-8更易遭受H_(2)S的进攻生成ZnS。