双金属MOFs及其衍生物在电化学储能领域中的应用

双金属有机骨架及其衍生物一方面具有单金属有机骨架孔道丰富、比表面积大、结构可调、活性位点丰富等特点,另一方面具有双组分与多孔结构之间的协同效应,因而受到了研究人员的密切关注,在储能、催化、分离、传感器、医药、气体存储等领域广泛应用。和单金属MOFs类似,双金属MOFs的导电性不佳、结构易坍塌,这极大地限制了其在电化学储能中的应用。通过对双金属MOFs进行热处理,易得到分布均匀的多孔碳@双金属氧化物/硫化物/磷化物/硒化物等衍生物,不仅保持了独特的多孔结构,而且提高了材料的导电性和结构稳定性,有利于在电化学储能中的应用。因此,本文从双金属MOFs中的主要金属离子入手,综述了双金属MOFs及其衍生物用于超级电容器、锂离子电池、钠离子电池、金属空气电池等电化学储能器件的最新应用进展。在此基础上,总结了双金属MOFs在电化学储能应用中的优势,并对其制备、作用机理和后处理研究提出了建议。     

双金属金属有机骨架材料的制备及性能研究进展

金属有机骨架材料(MOFs)具有拓扑结构的多样性和丰富的比表面积,使其在催化和吸附领域具有潜在的应用价值。 双金属MOFs具有两种金属中心,较之单金属MOFs具有更加多元的催化活性位点和吸附位点,因此吸附选择性、选择催化性以及结构稳定性等均得到了提升。 本文就如何制备性能优异的双金属MOFs材料,以及这种材料的结构特点、性能提升和应用前景展开了概述。     

金属有机骨架复合材料在样品预处理中的研究进展

金属有机骨架（MOFs）材料是近几年涌现出的一类新型多功能多孔材料,以金属离子或金属簇为配位中心,与含氧或氮的有机配体通过配位作用形成多孔骨架结构。相比于其他传统无机多孔材料,MOFs具有比表面积高、孔隙率大、热稳定性好和结构与功能多样化的特点,因而被广泛用于气体存储、催化、吸附和分离等领域。MOFs复合材料在样品预处理方面的应用引起了研究者们的极大兴趣和广泛关注。由于MOFs材料和不同功能材料如高分子聚合物、碳基材料以及磁性材料组装复合,使MOFs复合材料的性能优于原来的MOFs材料。综述了近年MOFs复合材料在样品预处理的研究应用,尤其是在固相微萃取、固相萃取以及磁性固相萃取等方面的应用。     

金属有机骨架衍生材料在样品前处理中的应用研究进展

样品前处理技术在复杂样品的整个分析过程中起着至关重要的作用,其不仅可以提高痕量目标物在样品中的浓度,而且能有效消除样品基质对分析的干扰。对于样品前处理技术而言,吸附剂是其最为核心部分。因此开发高效、稳定的新型吸附剂已成为前处理技术领域的研究热点。近年来,由金属有机骨架(metal-organic frameworks, MOFs)衍生的多孔材料因其形貌结构多样、孔径可调、比表面积高、热稳定性良好、耐化学腐蚀等优异性能,使其在样品前处理领域拥有广阔的应用前景,基于MOFs衍生材料的样品前处理新方法也层出不穷。然而,MOFs衍生材料仍存在MOFs前驱体合成工艺复杂、生产成本高、量产困难等问题。该文总结了近几年来MOFs衍生材料在分散固相萃取(dSPE)、磁固相萃取(MSPE)、固相微萃取(SPME)、搅拌棒固相萃取(SBSE)和分散微固相萃取(DMSPE)等样品前处理技术中的研究进展,并对多种MOFs衍生材料的制备方法、功能化调控、富集效率等方面进行了评述。最后,展望了MOFs衍生材料在该领域中的应用前景,为进一步研究MOFs衍生材料的应用提供了参考。     

基于功能材料的固相微萃取技术及其在法庭科学领域中的应用

样品的提取是法庭科学分析中至关重要的一步,尤其是在处理各种复杂基质(如土壤、生物样品、火灾残留物等)中痕量和超痕量的目标分析物时。传统样品前处理技术如索氏提取、液液萃取等,步骤繁琐,耗时耗力,过程中易造成样品的损失和二次污染,且萃取所需的大量溶剂还会对环境及研究人员的健康构成威胁。为此,无需或只需少量溶剂的固相微萃取技术(SPME)应运而生,其小巧便携,操作简单、快速,易于实现自动化等特点使之成为广泛应用的样品前处理技术。早期的研究大多采用商品化SPME装置,然而它的种类有限、价格昂贵、纤维易断、选择性不足,因此,近年来使用金属有机骨架化合物、共价有机骨架化合物、碳基材料、分子印迹聚合物、离子液体、导电聚合物等各种功能材料制备SPME涂层的技术越来越受到关注,在环境监测、食品分析及药物检测等方面应用广泛。然而这些SPME涂层材料在法庭科学领域的应用相对较少,考虑到SPME技术应用于犯罪现场样品原位高效提取的巨大潜力,该文对功能涂层材料进行了简要介绍,系统总结了基于功能材料的SPME技术在炸药、助燃剂、毒品、毒物、油漆、人体气味等分析中的应用,并指出了基于功能材料的SPME技术在法庭科学...     

多孔氮化硼掺杂聚吡咯-2,3,3-三甲基吲哚固相微萃取涂层的制备及多环芳烃的检测

多环芳烃(PAHs)是持久性有机污染物中的一种，大部分具有较强的致癌、致畸和致突变性，对生态环境和人类健康易造成严重威胁。由于环境样品基质复杂且其中PAHs含量低，因此在仪器分析之前需要对环境样品进行必要的前处理。萃取材料的特性是决定大部分前处理技术萃取效率的关键。基于此，本文以低成本且富含较多官能团的吡咯(py)、2,3,3-三甲基吲哚(2,3,3-TMe@In)为单体，多孔氮化硼为掺杂物，采用电化学循环伏安法制备出多孔氮化硼掺杂聚吡咯-2,3,3-三甲基吲哚(Ppy/P2,3,3-TMe@In/BN)复合涂层，通过扫描电子显微镜、热稳定性分析、傅里叶红外光谱等手段对Ppy/P2,3,3-TMe@In/BN进行表征，结果表明：该涂层呈现出多孔、多褶皱的枝状结构，该结构有利于增加涂层的比表面积，从而实现对PAHs的大量富集；在320℃解吸温度下，涂层材料的色谱基线基本稳定，表明该涂层具有良好的热稳定性。将其修饰在不锈钢丝表面制成固相微萃取涂层，结合气相色谱-氢火焰离子化检测器，对影响萃取和分离萘(NAP)、苊(ANY)、芴(FLU)3种PAHs的条件进行优化，建立了用于以上3种PAHs...     

基于新型材料的固相微萃取探针的制备与应用

固相微萃取(SPME)是一种简便、快速、绿色的样品前处理方法,近年来引发了广泛关注。固相微萃取探针的萃取相对其萃取选择性和效率起着决定性作用,因此一系列物理化学性质优秀的新型固相微萃取涂层材料应运而生,被用于制备新型固相微萃取探针,以对不同样品基质中的有机小分子进行检测。本文概述了近年来新型SPME探针的研制所依托的新型材料,包括聚合物材料、碳材料、金属有机框架材料等,并重点阐述了相关材料的制备与固定方法、微观结构与萃取性能,以及所制备探针在环境分析、纺织品和皮革分析、食品分析等领域中的应用,并进一步对新型固相微萃取涂层今后的开发方向和应用前景进行了展望。     

基于金属有机骨架材料固定相的气相色谱分离应用

金属有机骨架材料(MOFs)是一类由有机配体和金属离子(或金属簇)自组装形成的新型多功能材料。MOFs具有孔隙度高、比表面积大、孔径可调、化学和热稳定性高等特点,被广泛应用于吸附、分离、催化等多个领域。近年来,MOFs作为新型气相色谱固定相用于分离异构体受到了广泛关注。与传统无机多孔材料相比,MOFs在结构和功能上展现出高度的可调性,通过合理地选择配体和金属中心,可以设计合成具有不同孔道大小和孔道环境的MOFs,从而分别从热力学和动力学角度优化色谱分离效果,有效提高分离选择性。该文结合MOFs的结构,讨论了MOFs气相色谱固定相分离不同类型分析物的分离机理。分离机理主要包括MOFs孔道的分子筛效应或形状选择性,MOFs不饱和的金属位点与分析物中不同的官能团之间产生的相互作用,分析物与MOFs孔道之间产生的不同范德华力、π-π相互作用和氢键相互作用。此外,MOFs的手性分离可能主要依赖于外消旋体与手性MOFs中手性活性位点之间的相互作用。该文也对不同分析目标物进行了归类,综述了多种MOFs气相色谱固定相对烷烃、二甲苯异构体和乙基甲苯、外消旋体、含氧有机物、环境有机污染物的气相色谱分离效果。最后,该文还对MOFs在该领域的应用进行了总结与展望,旨在为MOFs气相色谱高效分离的研究提供参考。     

中空MOFs材料制备及电催化应用的研究进展

水分裂、金属-空气电池和燃料电池等能源转换技术对解决未来的能源危机和环境问题至关重要.氧还原反应(ORR)、氧析出反应(OER)和氢析出反应(HER)作为其核心反应,存在反应动力学速率较慢的问题,因此,开发研制高效的非贵金属电催化剂具有重要意义.金属有机骨架(MOFs)材料因具有高度可调的组成和多孔晶体结构,在不同的应用领域引起了越来越多的关注.中空MOFs纳米材料具有MOFs材料高度可调的组成和结构优势,又具有中空结构纳米材料的优点(如更快的物质传输、更丰富的孔隙率、灵活多变的活性组分、更多的暴露活性位点及对苛刻条件的更好相容性等),在电催化领域显现出巨大的应用潜力.本文对近几年来基于中空结构MOFs材料的制备及在电催化方面应用的研究进展进行了综合评述,并对该领域面临的挑战和发展前景进行了总结和展望.     

金属有机骨架应用于样品前处理研究的最新进展

作为一类新型多孔晶体材料,金属有机骨架（MOFs）在储能、催化、传感和分离等领域得到了广泛应用。MOFs多样的拓扑结构、大的比表面积和可调的孔径使得其在样品前处理领域拥有广阔的应用前景,基于MOFs及其衍生材料的样品预处理新方法层出不穷。该文总结了近几年MOFs粉末、MOFs膜、MOFs纳米片和MOFs复合材料等应用于固相萃取、固相微萃取和磁固相萃取等样品前处理技术的研究进展,并对该领域研究进行了展望。     

应用搅拌棒吸附萃取-热脱附-气相色谱/质谱法快速测定滇池水系中的16种多环芳烃

应用搅拌棒吸附萃取(SBSE)-热脱附(TDS)-气相色谱/质谱联用(GC/MS)方法测定了滇池水系(滇池和盘龙江上、中、下游)中16种多环芳烃(PAHs)的含量。方法快速简便,无有机溶剂污染,PAHs的最低检出限为1.0~468.8 pg,理论回收率在90%以上,加标回收率为83.1%~109.4%,相对标准偏差小于10%。测定结果表明,这16种多环芳烃在滇池水样中的含量为89.16 ng/L,在盘龙江上游水样中的含量为65.41 ng/L,在盘龙江中游水样中的含量为339.22 ng/L,而在盘龙江下游水样中的含量为62.25 ng/L,说明滇池水系已经受到一定的PAHs污染,加强对滇池、盘龙江中PAHs有机污染的控制势在必行。     

苯基修饰二氧化硅纳米片纤维的制备及其对多环芳烃的固相微萃取

采用水热处理和溶胶-凝胶法在镍钛合金（NiTi）纤维表面组装了二氧化硅纳米片（SiO₂NFs）,成功制备了新型SiO₂纤维涂层,并用苯基三氯硅烷进行了自组装表面修饰,得到了可用于固相微萃取（SPME）的NiO/TiO₂@SiO₂NFs-Ph纤维。将制备的SPME纤维与高效液相色谱联用,通过对典型芳香化合物的分析评价了所制备纤维的萃取性能。该纤维对多环芳烃（PAHs）具有较高的萃取率和良好的萃取选择性。实验优化了pH值、搅拌速率、萃取温度、萃取时间和离子强度对PAHs萃取率的影响。在优化条件下,5种PAHs在各自的范围内呈良好的线性关系,相关系数（r）大于0.999,检出限为0.013~0.108 μg/L。使用单根纤维对含有50 μg/L PAHs的加标水样进行萃取,其含量的日内及日间RSD分别为4.1%~5.9%和4.8%~6.8%。实际环境水样中5种PAHs在10 μg/L和30 μg/L加标水平下的加标回收率分别为90.8%~105.7%和93.6%~103.1%。该法制备的NiO/TiO₂@SiO₂NFs-Ph纤维稳定性高、制备重现性好,适用于环境水样中目标PAHs的富集和测定。     

大体积搅拌棒吸附萃取技术与热脱附-气相色谱-质谱法测定地表水中多环芳烃

基于搅拌棒吸附萃取(SBSE)技术建立了气相色谱-质谱测定地表水中16种多环芳烃(PAHs)的分析方法。该法采用多搅拌吸附棒同时富集,依次热脱附冷聚焦后进样的方式有效解决了搅拌棒吸附时间长、富集水样体积小等问题。优化后的结果表明,在0.2~10 ng/L范围内(萘为0.5~10 ng/L范围),16种PAHs的线性关系良好,相关系数(r)均0.99,方法检出限(MDL)为0.03~0.20 ng/L(萘为0.50 ng/L)。用该方法对钱塘江流域地表水进行测定,共检测出11种PAHs,含量为0.13~1.57 ng/L,不同添加水平下的加标回收率为75.6%~108.9%。该法可应用于地表水样品中该类物质的超痕量检测。     

Polystyrene‐Supported Core–Shell Beads with Aluminium MOF Coating for Extraction of Organic Pollutants

Aluminium‐based metal–organic framework (MOF) coatings on polystyrene bead surfaces were easily synthesized by reacting an intermediate metal hydroxide coating with an organic linker. Several different sizes of polystyrene beads were coated with aluminium metal hydroxide to construct Al@PS core–shell bead materials. The activated Al@PS core–shell beads were involved to make a homogenous MOF‐based layer in the presence of the organic linker. By using different sizes of the PS support the size of MOFs on the PS composites could be fine‐tuned under specific reaction conditions. MOF‐coated core–shell bead materials (Al‐1,4‐NDC@PS and MIL‐53(Al)@PS) were characterized using various analytical techniques. Al‐1,4‐NDC@PS and MIL‐53(Al)@PS were evaluated for solid‐phase microextraction (SPME) of hydrophobic polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and hydrophilic non‐steroidal anti‐inflammatory drugs (NSAIDs), respectively. Al‐1,4‐NDC@PS‐1000 displayed high extraction recoveries ranging from 79.2 % to 99.8 % in the SPME of PAHs. Meanwhile, MIL‐53(Al)@PS‐1000 showed 85.9–99.0 % extraction recoveries in the SPME of NSAIDs. These results show that the proposed approach holds potential to extract organic analytes on an industrial scale.     

基于低共熔溶剂的整体式萃取头的制备及其对湖水中3种多环芳烃的固相微萃取（英文）

采用氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂(DES)作致孔剂,制备了聚(甲基丙烯酸丁酯-乙二醇二甲基丙烯酸酯)[poly(BMA-EDMA)]固相微萃取头,并与超高效液相色谱法(UPLC)结合测定了湖水中的3种多环芳烃(PAHs)。实验与不使用DES致孔剂的固相微萃取头和商品化聚二甲硅氧烷(PDMS)萃取头进行比较,含DES的poly(BMA-EDMA)固相微萃取头的富集效果最好。系统考察了萃取条件(萃取时间、萃取溶剂、解吸时间、解吸溶剂及离子强度)对水样中多环芳烃萃取效率的影响。在最优的实验条件下,3种多环芳烃类化合物(萘、联苯、菲)的线性范围为0.1~6.0 mg/L(r≥0.990 3),检出限为2.1~4.9μg/L,回收率为86.4%~111.3%,相对标准偏差(RSD,n=6)为11.2%~15.1%。该法操作简便,稳定性好,成本低,适用于实际环境水样中多环芳烃类化合物的测定。     

Trace analysis of polycyclic aromatic hydrocarbons in suspended particulate matter by accelerated solvent extraction followed by gas chromatography–mass spectrometry

An analytical procedure based on extraction by accelerated solvent extraction (ASE) followed by gas chromatography–mass spectrometry (GC/MS) analysis has been developed for the determination of particulate polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) from large-volume water samples (20 L). The effect of temperature and number of cycles on the efficiency of ASE was investigated: the best results were obtained by using a temperature of 100°C and one static cycle. A mixture of hexane/acetone 1:1 (v/v) was used as extraction solvent. Mean total method recovery under optimized conditions was 85%. The developed methodology was applied to the analysis of suspended particulate matter from Lake Maggiore waters (north of Italy). Mean PAH concentrations in suspended particulate matter from Lake Maggiore ranged from 0.2 ng L⁻¹ for anthracene to 18.7 ng L⁻¹ for naphthalene.     

Are metal-organic frameworks able to provide a new generation of solid-phase microextraction coatings? – A review

Solid-phase microextraction (SPME) is a powerful technique commonly used in sample preparation for extraction/preconcentration of analytes from a wide variety of samples. Among the trends in improving SPME applications, current investigations are focused on the development of novel coatings able to improve the extraction efficiency, sensitivity, and thermal and mechanical stability, within other properties, of current commercial SPME fibers. Metal-organic frameworks (MOFs) merit to be highlighted as promising sorbent materials in SPME schemes. MOFs are porous hybrid materials composed by metal ions and organic linkers, presenting the highest surface areas known, with ease synthesis and high tuneability, together with adequate chemical and thermal stability. For MOF based-SPME fibers, it results important to pretreat adequately the SPME supports to ensure the correct formation of the MOF onto the fiber or the attachment MOF-support. This, in turn, will increase the final stability of the fiber while generating uniform coatings. This review provides a critical overview of the current state of the use of MOFs as SPME coatings, not only highlighting the advantages of these materials versus commercial SPME coatings in terms of stability, selectivity, and sensitivity; but also insightfully describing the current methods to obtain reproducible MOF-based SPME coatings.     

Using Zn/Al layered double hydroxide as a novel solid-phase extraction adsorbent to extract polycyclic aromatic hydrocarbons at trace levels in water samples prior to the determination of gas chromatography–mass spectrometry

This paper demonstrates, for the first time, the great potential of using Zn/Al layered double hydroxide intercalated sodium dodecyl benzene sulfonate (Zn/Al-SDBS-LDH) as a solid-phase extraction (SPE) material in the extraction of persistent organic pollutants prior to the determination of gas chromatography-mass spectrometry in environmental water samples. Zn/Al-SDBS-LDH, a relatively inexpensive and simply prepared material, was synthesized and used as a SPE adsorbent to quantitatively determine the concentration of five polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in environmental water samples. Factors affecting extraction efficiency, such as, eluent type, eluent volume, flow rate of sample, sample volume, and amount of adsorbent, were investigated and optimized in detail. Experimental results indicate that there is an excellent linear relationship between peak area and the concentration of PAHs over the range of 5-500 ng L(-1), and the precisions (relative standard deviation (RSD)) were 2.5-6.3% under the optimum conditions. Based on the ratio of chromatographic signal-to-base line noise (S/N = 3), the limits of detection could reach 1.2-3.2 ng L(-1). This novel method was successfully applied to the analysis of PAHs in environmental water samples. As such, we show here that the use of Zn/Al-SDBS-LDH as SPE adsorbent materials, coupled with gas chromatography-mass spectrometry, is an excellent improvement in the routine analysis of PAHs at trace levels in the environment.     

在线固相萃取-液相色谱法直接测定水中超痕量多环芳烃

建立了在线固相萃取-液相色谱直接测定水体中16种超痕量多环芳烃（PAHs）的方法。水样经高速离心后，加入适量甲醇，配制成40%（体积分数）甲醇水溶液，直接进样2 mL至在线固相萃取流路，进行萃取富集，再通过阀切换将洗脱的PAHs转移至分析流路进行分离检测。16种PAHs在各自范围内线性关系良好，相关系数均大于0.996；方法的检出限为0.14~12.50 ng/L，其中苯并[a]芘（B（a）P）的检出限为0.38 ng/L。实际水样在10、40和200 ng/L加标水平下的加标回收率为76.1%~134.9%，RSD为0.3%~16.6%。B（a）P在1 ng/L加标水平下的回收率为71.8%~92.7%，RSD为3.9%。结果表明，该方法操作简单，灵敏度高，溶剂消耗量少，可满足水样中PAHs，尤其是B（a）P的超痕量分析要求。