互穿结构及混合配体对金属-有机骨架材料分离性能的影响

在以前的工作中, 我们利用蒙特卡洛和分子动力学模拟计算了具有互穿性结构及混合配体的金属-有机骨架材料(metal-organic frameworks, MOFs)分离CH₄/H₂的吸附选择性及扩散选择性. 研究了材料的互穿结构及混合配体对材料用于分离CH₄/H₂性能的影响. 在本工作中, 我们将以前的工作进行了扩展, 详细研究了材料的互穿结构及混合配体对材料用于分离CO₂/CH₄, CO₂/N₂和CO₂/H₂等含有CO₂的气体混合物性能的影响. 此外, 为了进一步阐明材料的结构对于其分离性能的影响, 我们亦研究了材料用于分离CH₄/H₂及CH₄/N₂. 从我们的结果可以看出, 相比无互穿结构的MOFs材料, 具有互穿结构的MOFs材料对所研究的所有混合气体的渗透选择性明显提高. 这是因为具有互穿结构的MOFs材料对混合气体的吸附选择性明显高于无互穿结构的MOFs材料. 结果表明, 如果将材料作为膜用于气体混合物分离, 使材料产生互穿结构是提高材料分离性能的一个很好的策略.     

富氮多级孔炭材料的制备及其吸附分离CO2的性能

使用新型含氮聚合物席夫碱为炭源, SBA-15为模板,通过纳米铸型法原位合成微孔-中孔-大孔串联的多级孔富氮炭材料.材料的比表面积为752 m²·g^-1,孔容0.79 cm³·g^-1; X光电子能谱分析表明炭材料中的氮含量高达7.85%(w).将所制备的多孔炭材料应用于CO₂的吸附分离,发现炭材料的微孔发挥主导作用,表面氮掺杂发挥辅助作用.在两者的协同作用下, CO₂吸附量在常压、273 K下可达97 cm³·g^-1, CO₂/N₂和CO₂/CH₄的分离比(摩尔比)分别为7.0和3.2,低压亨利吸附选择性分别为23.3和4.2.采用Toth模型对单组分平衡吸附进行拟合,并根据理想溶液吸附理论(IAST)预测双组分CO₂/N₂和CO₂/CH₄混合气体的分离选择性分别为40和18.     

CO2气氛对胜利褐煤热解过程的影响

以5-8 mm胜利褐煤为研究对象,利用固定床反应器,在400-700℃、CO₂气氛下进行热解实验,研究了CO₂气氛对煤热解气、液、固三相产物分布的影响,探讨了CO₂对煤焦结构作用的机理。研究表明,与N₂气氛相比,CO₂气氛热解提高焦油和热解水产率,降低热解气和半焦产率;400和500℃时,CO₂气氛下形成的半焦孔隙结构和总孔体积没有明显的变化,600和700℃时,CO₂气氛下所得半焦的比表面积及孔容较N₂气氛下的大,是与煤焦内部挥发分大量释放以及CO₂进入孔道与活性位反应有关;煤热解过程中CO₂的引入能促进煤焦中3-5环芳香结构的消耗,导致煤焦结构芳香度的提高;600和700℃时,CO₂气氛下热解气中H₂和CH₄产率低,同时CO₂能与煤焦发生气化反应显著提高CO含量。     

新型类沸石金属-有机骨架材料用于天然气中CO2的分离

研究了在usf型类沸石金属-有机骨架材料(usf-ZMOF)中不同金属离子(Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Al³⁺)对天然气分离(以CO₂/CH₄, CO₂/H₂, CO₂/N₂为研究对象)的不同影响. 结果表明, 此类材料对于3种体系的分离选择性均高于现有材料. 其中性能最好的是Al-usf-ZMOF, 其对CO₂/CH₄, CO₂/N₂和CO₂/H₂的分离选择性分别为290, 1700和16800. 同时, 对于经不同的离子交换后的usf-ZMOF, 吸附选择性随着离子电荷值的增加而增大; 对于同一主族的离子, 选择性随着原子序数的增加而减小. 而上述现象的产生是由阳离子和CO₂间的强静电作用所致.     

晶种法合成UZM-9分子筛及其CO2/CH4/N2吸附分离性能

以TEAOH和TMAOH为有机模板剂,酸处理的UZM-9分子筛为晶种,采用水热法在48 h内合成出分子筛UZM-9,并对其CO₂/CH₄/N₂的吸附分离性能进行了研究。采用XRD、ICP、TG、SEM与气体吸附等手段对晶种法合成的UZM-9分子筛结构、耐水稳定性与吸附性能进行了研究。结果表明,晶种法可以在2 d内合成出硅铝原子比在3以上、收率达到65%的UZM-9分子筛;所得分子筛的CO₂吸附容量可以达到5 mmol/g以上,吸附热为34 kJ/mol,CO₂/CH₄、CO₂/N₂与CH₄/N₂的平均分离因子分别为100、240与2.4,CO₂分离性能优良且具有一定耐水性能。     

多孔材料表面修饰聚酰亚胺非对称混合基质膜对CO2/N2和CO2/CH4的气体分离

兼具高通量和高选择性的气体分离膜是研究膜分离材料的目标.采用相转化法制备了聚酰亚胺非对称膜,并将其作为基底膜材料,分别在其表面修饰掺有金属有机框架材料Cu₃(BTC)₂ (1, 3, 5-均苯三甲酸合铜),沸石咪唑酯骨架材料ZIF-8以及镁铝水滑石MgAl-LDHs的聚酰胺酸溶液,经热亚胺化后制成非对称混合基质膜.研究了该系列非对称混合基质膜的结构特性和对CO₂、CH₄和N₂气体分离性能;考察了ZIF-8的掺杂量对非对称混合基质膜透气性能的影响.结果表明非对称聚酰亚胺膜的表面修饰可有效地改变膜的表面性质,掺杂ZIF-8的非对称混合基质膜气体的透气性能和选择性都增加,且掺杂量为5% (w)时CO₂/N₂和CO₂/CH₄的理想选择性分别高达24和83,为合成高效的CO₂分离膜提供了借鉴.     

一个基于5-(3-氨基-吡啶-4-基)-间苯二羧酸和桨轮状[Cu2(COO)4]簇的rtl-金属有机骨架材料的合成及其CO2选择性吸附性质

利用新配体5-（3-氨基-吡啶-4-基）-间苯二羧酸（NH₂-H₂L₁）,我们成功设计、合成了一例氨基功能化的柱-层型rtl-MOF,SNNU-Bai65。与原型MOF（SYSU）对比,极性官能团氨基对孔表面的功能性修饰和对孔道的分割使得SNNU-Bai65经活化后展现出更好的CO₂/N₂和CO₂/CH₄的选择性CO₂吸附性能。     

理论空燃比天然气汽车尾气中H2O和O2对CH4与NO反应的影响

共沉淀法制备CeZrYLa+LaAl 复合氧化物载体, 等体积浸渍法制备了Pt 催化剂, 用于研究理论空燃比天然气汽车(NGVs)尾气净化反应中CH₄与NO的反应规律. 并考察了10% (体积分数, φ)H₂O和计量比O₂对CO₂存在时的CH₄+NO反应的影响. 结果表明: 对于不同条件下的NO+CH₄反应, 主要生成N₂和CO₂, 高温区有CO生成. 低温区无O₂时可以生成N₂O, 有O₂时可以生成NO₂; 添加10% (φ)的H₂O后, CH₄ 转化活性降低, NO转化活性基本不变, 这是由于H₂O减弱了CH₄与CO₂的重整反应, 但是对CH₄与NO的反应基本没有影响; 添加计量比的O₂后, CH₄转化活性提高, 而NO转化活性降低, 这是由于O₂和NO之间存在竞争吸附, CH₄被O₂氧化为主要反应, 从而减弱了NO的转化; 同时添加计量比的O₂和10% (φ) H₂O, CH₄与CO₂的重整反应受到抑制,CH₄与NO的反应、甲烷蒸汽重整反应和甲烷被O₂氧化反应同时发生, CH₄和NO的转化活性均提高.     

聚芳撑乙炔微孔骨架材料的合成及其气体吸附

有机微孔聚合物（MOPs）在气体存储、吸附分离和非均相催化等领域具有优良性质而广受关注.近年来,聚芳撑乙炔微孔骨架材料的研究成为MOPs领域中的热点.分别以三（4-乙炔基）苯胺、甲基三（4-乙炔基苯基）硅烷、苯基三（4-乙炔基苯基）硅烷为基本构筑单元,通过端炔基氧化均聚的方法,制备了三种聚芳撑乙炔微孔骨架材料,研究了结构组成对制备聚合物孔道性能和气体吸附性能的影响.氮气吸附测试结果表明,聚合物的Brunauer-Emmett-Teller （BET）比表面积的范围在602~715 m²·g^-1.由于骨架中含有富氮基团（三苯胺）以及具有较大的比表面积,在1.13 bar/273 K条件下,聚三（4-乙炔基）苯胺（TEPA-MOP）的CO₂吸附能力为1.59 mmol·g^-1.此外,TEPA-MOP和聚苯基三（4-乙炔基苯基）硅烷（TEPP-MOP）具有优良的选择性吸附性能,对CO₂/N₂的选择性吸附分别是69.9和73.2.聚合物TEPA-MOP具有优异的CO₂/N₂的选择吸附性和适中的CO₂吸附能力,因此将在气体吸附与分离方面具有潜在的应用前景.     

基于咔唑羧酸配体构筑铁基金属有机框架及其对CO2/CH4混合气体的分离性质

通过咔唑羧酸配体(H₃L)与三核铁簇[Fe₃(μ₃-O)(CH₃COO)₆]在水热条件下反应, 合成了具有三维骨架结构的铁基金属有机框架(1). 气体吸附实验结果表明, 化合物1具有高的比表面积且对CO₂的吸附量大于对CH₄的吸附量. 理想溶液吸附理论(IAST)计算结果表明, 化合物1在100 kPa及温度分别为273和298 K下对CO₂/CH₄(体积比为0.5∶0.5)混合气体的分离比分别为3.52和3.15, 预示其可以作为一种CO₂/CH₄分离型材料.     

Novel Porous Aromatic Framework with Excellent Separation Capability of CO2 in N2 or CH4

A novel porous aromatic framework, PAF-52, was obtained via the polymerization of tetrahedral mono- mer tetrakis（4-cyanodiphenyl） methane（TCDPM） with the aid of a facile ionothermal method. PAF-52 has a surface area of 1159 m2/g（BET）, and shows a considerable high separation ability of CO2 in N2 or CH4 respectively at room temperature, using gas-chromatography experiments as evidence,     

水溶性三维有序超分子和共价有机聚合物

总结了近年来在水溶性三维超分子聚合物、 超分子有机框架、 超分子-金属有机框架杂化结构、 超分子-共价-金属有机框架杂化结构及共价有机框架合成、 催化和输送功能方面的研究进展, 指出了有序三维聚合物未来研究面临的挑战并展望今后的发展方向.     

Applications of metal-organic framework composites in CO_2 capture and conversion

Reliable technologies for CO_2 capture and conversion(C3) are of vital importance for the establishment of a sustainable society.Metal-organic framework(MOF) composites have shown their compelling potentials for C3 due to the plentiful reticular chemistry of MOF structures and the synergistic catalysis between MOFs and the functional guests.This review focuses on the syntheses and catalytic applications towards C3 of MOF composites,which is divided into three sections.The first section gives a brief introduction about synthetic strategies of MOF composites.The second section discusses the recent progress of MOF composites in C3,including CO_2 chemical fixation,hydrogenation,photoreduction,electro reduction and photoelectro reduction.The third section summarizes the challenges and future prospects of MOF composites for C3.We hope that this review cannot only provide an inspiration for the rational design of MOF composites for C3,but also stimulate more and more research works in this emerging area.     

Interrupted super framework of the crystal structure of Cs[Be2(PO4)(PO4H)] cesium diberyllium phosphate hydrophosphate

The crystal structure of cesium diberyllium phosphate hydrophosphate Cs[Be₂(PO₄)(PO₄H)] obtained hydrothermally is analyzed. Unit cell parameters are: a = 4.8860(5) ?, b = 10.7330(11) ?, c = 13.0061(15) ?, α = 92.540(10)°, β = 92.451(9)°, γ = 90.948(9)°, space group P . In the structural motif consisting of PO₄ and BeO₄ tetrahedra, Be,P two-link chains and ribbons are distinguished, typical of a short a-translation of ≈4.9 ?. The presence of ternary and terminal O ligands along with bridging ones determines the term interrupted super framework. The group of two Be tetrahedra with a common edge is detected for beryllium phosphates for the first time. Original Russian Text Copyright ? 2009 by V. V. Bakakin, Yu. V. Seretkin, and S. P. Demin __________ Translated from Zhurnal Strukturnoi Khimii, Vol. 50, No. 2, pp. 369–373, March–April, 2009.     

Metal-ion-dependent,Solvent-mediated Structural Transformation and Simultaneous Partial Transmetalation of an srs Framework into Desulfurization-efficient Co-Cu-HKUST-1

[Co₂(BTC)(Cl)(DMA)₃] ( 1 ) (BTC^3– = benzene-1,3,5-tricarboxylate, DMA = N,N-dimethylacetamide) obtained from the reaction between Co²⁺ and H₃BTC in DMA features a three-dimensional srs framework built of 3-connected {Co₂(COO)₃} as secondary building units and BTC^3– as spacers. When exposed to DMA solution of Cu(NO₃)₂, 1 was progressively transformed into the first heterometallic Co-Cu-HKUST-1 ([Co_0.14Cu_2.86(BTC)₂]) ( 2 ) of such kind via unusually solvent-mediated structural transformation and simultaneous partial transmetalation. While the mechanism for such conversion is proposed based on systematic studies, 2 was revealed to be an equally efficient desulfurization adsorbent as the homometallic Cu-HKUST-1 in removing thiophene (0.142 mmol S per gram of adsorbent). However, when exposed to Zn(NO₃)₂ solution in DMA for longer time, 1 retained its framework with limited metal-ion exchange, resulting in the formation of [Co_1.93Zn_0.07(BTC)(Cl)(DMA)₃] ( 3 ). Possible reasons responsible for the formation of 2 and 3 through different routes could be due to the less solubility and more thermodynamic stability of 2 in comparison with those of 1 , and the different coordination geometries which Co²⁺, Zn²⁺ and Cu²⁺ prefer.     

基于间苯三酚及其衍生物构筑新型有机多孔材料

有机多孔材料凭借其高比表面积、孔道可调性、易功能化修饰和结构多样性等特征,在催化、能源、吸附与分离等多个领域中展现了巨大应用潜力.对多官能度有机化合物单体以及高效聚合反应的巧妙应用,为新型有机多孔材料的创制提供了强有力的工具,成为该领域的研究热点.以C₃对称型的间苯三酚及其衍生物为例,综述了其在一系列新型有机多孔材料高效构筑中的最新研究进展.     

ZSM-5分子筛的脱硅改性及加氢改质性能

考察了水热与碱联合处理过程中两者的先后顺序对ZSM-5分子筛酸性和孔结构的影响,并与单独的水热和碱处理进行了比较。结果表明,水热后的碱处理对ZSM-5分子筛具有骨架脱硅、骨架补铝和清除非骨架铝物种三重作用,而碱处理后的水热处理具有骨架脱铝和部分骨架稳定化双重作用。与先水热处理再碱处理相比,先碱处理后的水热处理在优化分子筛酸性和产生介孔方面更加有效。基于水热-碱联合处理的HZSM-5分子筛所制备的催化剂对催化裂化汽油的加氢改质表现出适中的异构化活性、较高的烯烃芳构化活性以及最高的稳定性。     

沸石咪唑酯骨架结构材料ZIF-8催化Friedel-Crafts酰基化反应(英文)

A zeolite imidazolate framework,ZIF-8,was synthesized and characterized by dynamic laser light scattering,X-ray powder diffraction,scanning electron microscopy,transmission electron microscopy,thermogr...     

Two-Dimensional MOF and COF Nanosheets: Synthesis and Applications in Electrochemistry

Metal–organic framework (MOF) and covalent organic framework (COF) nanosheets are a new type of two-dimensional (2D) materials with unique design principles and various synthesis methods. They are considered ideal electrochemical devices due to the ultrathin thickness, easily tunable molecular structure, large porosity and other unique properties. There are two common methods to synthesize 2D MOF/COF nanosheets: bottom-up and top-down. The top-down strategy mainly includes ultrasonic assisted exfoliation, electrochemical exfoliation and mechanical exfoliation. Another strategy mainly includes interface synthesis, modulation synthesis, surfactant-assisted synthesis. In this Review, the development of ultrathin 2D nanosheets in the field of electrochemistry (supercapacitors, batteries, oxygen reduction, and hydrogen evolution) is introduced, and their unique dimensional advantages are highlighted.