面向C4烯烃混合物吸附分离的真实金属-有机骨架材料高通量筛选

常规的烯烃/烷烃冷冻加压精馏分离过程具有高能耗和低效率的特点, 吸附分离技术可以在温和条件下高效纯化烯烃分子而在烯烃/烷烃分离领域展现出广阔应用前景. 本工作采用高通量筛选技术从12723个真实金属-有机骨架(MOF)材料中筛选具有优异C4烯烃混合物选择性吸附性能的吸附剂, 用于1,3-丁二烯的分离纯化. 首先, 根据MOF材料的结构参数进行筛选获得了7681个具有合适孔径和比表面积的吸附剂. 然后, 采用分子力学方法计算出上述吸附剂的力学性能, 以UIO-66力学性能为阈值得到959个结构稳定的候选MOF材料. 接下来采用巨正则蒙特卡洛(GCMC)方法模拟出298 K、0.1 MPa下五元等摩尔C4烯烃混合物在不同候选MOFs中的选择性吸附行为, 根据候选MOFs对1,3-丁二烯的吸附性能分值(APS)进行排序, 得到具有最佳吸附分离性能的8种MOF材料. 通过定量构效关系、吸附等温线及理想吸附溶液理论等揭示了高吸附分离性能MOFs的结构特征, 利用穿透曲线模拟进一步验证了填充最优吸附剂RIGPEE01的固定床能够有效分离2-顺式丁烯/1,3-丁二烯双组分混合物. 最后, 通过径向分布函数和结合能计算分析, 确定RIGPEE01对1,3-丁二烯产生优先吸附的机理主要归因于Cu(I)强吸附位点、π键耦合效应和尺寸筛分效应. 本工作提出的高通量筛选方法以及从分子尺度理解MOF材料应用于烯烃分离机制的视角, 为进一步开发烯烃/烷烃混合物分离的新型吸附剂奠定了理论基础.     

氨/醛基金属有机骨架材料合成及其在吸附分离中的应用

吸附分离过程具有高效率、低能耗等特点,广泛用于石油、化工、制药、环保等诸多领域。其中,吸附分离材料的结构特点(如比表面积、孔径、孔体积、表面官能团等)对吸附分离效果起决定性作用。金属有机骨架(MOF)材料具有优异的孔结构特点,同时其表面还具有丰富的官能团(—NH₂、—CHO等),易于后修饰功能化并赋予其特定的功能,从而增强MOF材料与吸附质之间的相互作用,实现较高的吸附容量和分离选择性。以此为导向,本文首先概括了氨/醛基MOF材料的合成策略,总结了亚胺共价后修饰MOF (ICPSM-MOF)材料的研究进展,并重点介绍了这类材料在气、液相吸附分离领域的应用,最后分析了当前ICPSM-MOF材料面临的困难与挑战,并对其未来研究方向进行了展望。     

金属有机框架材料对Cr(Ⅵ)离子的吸附去除研究进展

重金属离子污染问题一直备受关注。开发利用多孔材料吸附去除水中重金属离子一直是材料、环境等相关学科领域的研究热点之一。金属有机框架材料(metal?organic frameworks,MOFs)是一类新型的多孔材料,具有结构多样、比表面积大、孔径可调、孔表面特征易设计调控等特点,在气体分离、催化、传感等领域表现出极大的应用潜力。近年来,高稳定MOF材料的构筑取得了许多重大突破,大量研究工作探索了这类材料在水中的应用,包括水中重金属离子的吸附去除。Cr(Ⅵ)离子是一类毒性大、分布广的重金属离子,不同条件下存在形态多样,其吸附去除研究具有理论和实际意义。本文主要综述了近年来利用MOF材料吸附去除水中Cr(Ⅵ)离子的研究工作,并将这些材料归属为:(1)高稳定的锆基MOF、(2)阳离子框架型MOF、(3)后修饰的MOF及(4)MOF基复合材料4类;也对这些材料的Cr(Ⅵ)离子吸附机理、吸附量、材料再生性等进行了概括;最后分析了MOF材料在重金属离子吸附去除实际应用上存在的问题并展望了今后的重点研究方向。     

超薄二维MOF纳米材料的制备和应用

超薄二维金属有机框架材料(MOF)纳米材料是MOF材料中的一类,不同于传统体相MOF材料,超薄片状结构赋予了它高比表面积、丰富的配位不饱和的金属位点等独特性质,能够有效改善MOF在催化、分离和传感等领域中的性能。本文综述了近年来国内外在超薄二维MOF纳米材料的构建及制备方法的研究进展,其中包括自上而下法、自下而上法以及独立于二者的二维氧化物模板牺牲法等。同时,本文详细讨论了超薄二维MOF纳米材料在气体吸附与气体分离、催化、能量储存和传感平台等领域的应用前景,并对未来超薄二维MOF纳米材料的研究面临的挑战和机遇做了进一步的分析。     

机器学习筛选用于气体吸附分离和存储的金属有机骨架材料

金属有机框架（Metal-organic framework ,MOF）因其高孔隙率、高比表面积和结构可调性,在气体吸附分离领域广泛应用。随着MOF数量激增,传统分子模拟和实验方法验证MOF性能成本高且速度慢,因此目前MOF筛选工作已转向高通量计算辅助的机器学习（Machine-learning,ML）。机器学习作为一种高效的大数据处理方法,能够在高通量筛选（High-Throughput Computational Screening,HTCS）的基础上对数据进行拟合,从而快速而准确地筛选出气体吸附分离材料,并深入挖掘其结构与性能之间的关系。本文回顾了近年机器学习应用于MOF筛选的研究。本文重点讨论了一些运用机器学习从大量结构中筛选出可用于CH4、H2和CO2等气体吸附分离与储存的MOF材料的工作。同时,我们梳理了当前MOF材料筛选工作中的研究思路和进展,并指出了机器学习在筛选MOF材料工作中面临的一些瓶颈和挑战。最后,对该领域的未来发展前景进行了展望。     

金属有机框架材料对Cr(Ⅵ)离子的吸附去除研究进展

重金属离子污染问题一直备受关注。开发利用多孔材料吸附去除水中重金属离子一直是材料、环境等相关学科领域的研究热点之一。金属有机框架材料（metal-organic frameworks,MOFs）是一类新型的多孔材料,具有结构多样、比表面积大、孔径可调、孔表面特征易设计调控等特点,在气体分离、催化、传感等领域表现出极大的应用潜力。近年来,高稳定MOF材料的构筑取得了许多重大突破,大量研究工作探索了这类材料在水中的应用,包括水中重金属离子的吸附去除。Cr （Ⅵ）离子是一类毒性大、分布广的重金属离子,不同条件下存在形态多样,其吸附去除研究具有理论和实际意义。本文主要综述了近年来利用MOF材料吸附去除水中Cr （Ⅵ）离子的研究工作,并将这些材料归属为：（1）高稳定的锆基MOF、（2）阳离子框架型MOF、（3）后修饰的MOF及（4） MOF基复合材料4类;也对这些材料的Cr （Ⅵ）离子吸附机理、吸附量、材料再生性等进行了概括;最后分析了MOF材料在重金属离子吸附去除实际应用上存在的问题并展望了今后的重点研究方向。     

Hg(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)-MOF探针研究进展

金属有机框架材料(MOF)是一种由金属离子和桥联配体自组装而成三维网状结晶固体骨架材料，是一种新型的多孔配位聚合物材料。由于其具有孔结构可调节性，结构可设计性和超高比表面积等特点，因此在很多领域展现出广泛的应用前景，尤其是在吸附重金属离子方面的应用受到了很大关注。本文综述了近几年分别由单配和混合方式构筑的MOF材料在吸附Hg(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)方面的应用，并对MOF材料在重金属离子吸附领域做出展望。     

金属有机骨架材料制备双金属或多金属催化材料及其应用

金属有机骨架（metal-organic framework,简称MOF）材料的研究在近几年相当热门,因其各种优异的性质,在催化领域得到广泛应用。然而,其本身作为催化剂的研究并不多且应用较为局限。但MOF材料规则的多孔结构及较大的比表面积为负载高分散金属纳米催化剂提供了天然的物理空间,能有效阻止金属纳米颗粒的团聚及浸出;使催化剂与反应物充分接触,有利于催化反应的进行,这也是近年来MOF材料作为催化剂的一个主要研究方向。本文着重讨论通过不同的方法将金属纳米颗粒负载在MOF材料上制备双金属或多金属催化剂并在催化领域的应用。重点介绍一锅合成法、化学吸附还原负载法、金属有机化学气相沉积法、固相研磨法等制备方法,较为详细地介绍了其在氧化（醇、烷烃、烯烃和CO氧化）、加氢（羰基类化合物和烯烃类化合物加氢）、Knoevenagel缩合、光催化（光催化降解有机物和光解水产氢）等反应中的应用,讨论了这类新型功能催化剂材料所存在的问题并对其进一步发展前景做出展望。     

金属有机骨架薄膜用于小分子和离子的高效分离（英文）

综述了近几年金属有机骨架(MOF)薄膜在小分子和离子高效分离应用中的研究进展.MOF膜材料因具有结晶度良好、结构可设计、孔径可调和可功能化等特点,在分离领域展现出极大的潜在应用价值而受到广泛关注.鉴于近年来MOF膜材料在分离领域取得的巨大进展,对这一领域的前沿进展进行及时系统的总结,并对未来的发展趋势进行展望,具有重要的学术价值,也为科研工作者对MOF膜材料的研究提供了参考.本文首先总结了MOF膜的4种制备方法,包括LBL自组装法(液相外延和Langmuir-Blodgett沉积)、真空制备法(化学气相沉积和原子层沉积)、电化学沉积法和粉末沉积法;而后,详述了MOF膜在气体分离、液体分离及离子/质子传导等方面的应用;最后,总结了MOF膜材料领域当前存在的挑战及潜在解决途径,并对该领域的未来发展方向进行了展望.     

金属-有机骨架材料在烯烃氧化中的应用

本文分别从以骨架中的金属(金属簇)为催化中心的MOF材料、利用具有催化活性的刚性有机配合物构筑的MOF材料和MOF负载催化材料三个方面详细介绍了MOF作为催化剂在烯烃氧化反应中的应用情况,分析了其各自的优缺点。具有催化活性的刚性有机配合物构筑的MOF材料稳定性较好,能够引入具有光学活性的催化剂,可以作为不对称催化氧化催化剂使用,是未来的一个研究发展方向。     

气体分离用MOF基混合基质膜的界面构建策略

混合基质膜结合多孔填料优异的气体分离性能和聚合物材料良好的加工性能,被认为是最具有应用前景的一种气体分离膜材料。金属-有机框架材料(MOF)由于具有高比表面积和孔隙率、可调节的孔径以及可修饰的表面性能,成为制备混合基质膜的重要多孔材料。本文针对MOF基混合基质膜制备中所面临的主要挑战,聚焦于MOF和聚合物界面缺陷问题,分析了界面缺陷的产生原因及其对性能的影响,重点阐述了改善MOF填料和聚合物基质界面相容性的策略,以期为制备具有良好的界面形态和优异的气体分离性能的混合基质膜提供借鉴思路。     

金属有机骨架材料在气体分离膜中的应用

金属有机骨架(Metal organic frameworks,MOF)是一种新型材料,有着比表面积高、孔径可调等优点,以此为基础制备MOF膜克服了 MOF材料界面相容性和热稳定性差的缺点,在气体分离领域具有良好的应用前景.本文介绍了 MOF膜的功能层应用、物理共混、界面聚合以及接枝改性;简述了每种方法对不同气体分离性...     

Microporous Metal–Organic Frameworks for Gas Separation

Microporous metal–organic frameworks (MOFs) are comparatively new porous materials. Because the pores within such MOFs can be readily tuned through the interplay of both metal‐containing clusters and organic linkers to induce their size‐selective sieving effects, while the pore surfaces can be straightforwardly functionalized to enforce their different interactions with gas molecules, MOF materials are very promising for gas separation. Furthermore, the high porosities of such materials can enable microporous MOFs with optimized gas separation selectivity and capacity to be targeted. This Focus Review highlights recent significant advances in microporous MOFs for gas separation.     

面向丙烯/丙烷吸附分离的金属有机骨架材料的高通量计算筛选

丙烯、丙烷作为分子尺寸相近的共沸物,其分离一直是化工领域研究热点。金属有机骨架(MOFs)材料因其高度可调的孔道结构,在丙烯/丙烷分离应用上已展现出诱人潜能。本文基于Core MOF 2019数据库,采用巨正则蒙特卡洛基高通量计算筛选技术,获得了分离性优异的MOFs结构,发现其拥有适中的丙烯吸附量和较弱的丙烷吸附能力,且骨架孔径为3.70～4.10?、孔隙率中等(0.35～0.44),并揭示了孔道中心吸附位的选择性与丙烯/丙烷分离系数间关系。本研究阐明了高丙烯/丙烷分离性的骨架材料的结构和性能特征,为设计MOFs实现丙烯/丙烷的高效分离提供理论指导和数据支撑。     

Pore‐Environment Engineering in Multifunctional Metal‐Organic Frameworks

As a new type of highly ordered porous crystalline material, metal‐organic frameworks (MOFs) have been extensively studied in many fields due to their high specific surface area and porosity, flexible modifiability and tailorability. After nearly 20 years of development, the synthesis of MOF materials has gradually evolved from exploration and trial to precise design. The synthesis method has also evolved from an early one‐step synthesis to the coexistence of various synthesis strategies, including functional‐oriented microstructural design optimization, pore size adjustment, and secondary structural unit modification, enabling MOF materials to expand their potential applications in many fields. In this review, we mainly discuss the pore regulation of function‐oriented MOF through different synthesis strategies, including (1) direct synthesis, (2) post‐synthesis modification (PSM), (3) building block replacement (BBR), (4) pore space partition (PSP), (5) construction of multi‐mesoporous MOF, (6) dynamic septal ligand insertion, and discuss the relationship between related performance optimization through framework structure and pore environment/size optimization.     

金属有机框架膜的制备及应用

金属有机框架化合物是一类新颖的纳米孔结晶材料,其由金属离子或簇以强的配位键形式连接多种多样的有机配体构成．金属有机框架化合物的均一孔径、高比表面积和吸附亲和力等独特的结构特点使其在组装成具有优异性能的膜方面具有很强的吸引力．金属有机框架膜在基础理论和实际应用方面显示了巨大的潜力．本文主要介绍近年来关于金属有机框架膜的制备及其在分离、化学传感、催化和电化学中的应用等研究,同时指出了目前需要克服的问题．     

Biological Chitin–MOF Composites with Hierarchical Pore Systems for Air‐Filtration Applications

Metal–organic frameworks (MOFs) are promising materials for gas‐separation and air‐filtration applications. However, for these applications, MOF crystallites need to be incorporated in robust and manageable support materials. We used chitin‐based networks from a marine sponge as a non‐toxic, biodegradable, and low‐weight support material for MOF deposition. The structural properties of the material favor predominant nucleation of the MOF crystallites at the inside of the hollow fibers. This composite has a hierarchical pore system with surface areas up to 800 m² g⁻¹ and pore volumes of 3.6 cm³ g⁻¹, allowing good transport kinetics and a very high loading of the active material. Ammonia break‐through experiments highlight the accessibility of the MOF crystallites and the adsorption potential of the composite indicating their high potential for filtration applications for toxic industrial gases.