金属-有机框架材料孔结构的初步理论评估

金属-有机框架材料在气体吸附/分离方面具有广泛的应用, 因而引起国内外学者的广泛关注。本文以6种代表性的MOFs为例简单介绍了利用理论工具研究MOFs孔结构的方法。     

Hilbert C~*-模中融合框架的新刻画

观察到Hilbert C*-模中融合框架原定义的不合理性,然后通过权重集的选取将其改进,得到融合框架的新定义并给出其等价形式.特别地,利用算子理论方法得到了Hilbert C*-模中融合框架的一个新刻画.     

一种基于二氢吩嗪的三维共价有机框架的合成、 结构与表征

二氢吩嗪衍生物由于其独特的氧化还原活性而备受关注. 本文先设计合成了一种含有二氢吩嗪基团的单体5,10-二(4-甲酰基苯基)-5,10-二氢吩嗪(M1), 再采用溶剂热法, 通过亚胺缩合反应制备了一种新型三维共价有机框架(3D COF, 3D-PN-2). 通过粉末X射线衍射(PXRD)、 氮气吸附-脱附、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)和固体碳核磁共振波谱(¹³C CP/MAS NMR)等表征方法, 并结合理论模拟对其结构信息进行了研究, 得出3D-PN-2是具有十一重穿插金刚石(dia)拓扑结构的3D COF. 采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对其形貌进行了表征. 稳定性研究结果表明, 3D-PN-2具有较好的热稳定性和化学稳定性. 通过固体紫外-可见漫反射光谱研究了3D-PN-2的光吸收性能, 结果表明, 其在紫外和可见光区具有较宽的吸收范围(吸收边为 630 nm), 且具有较窄的能带间隙(2.11 eV). 通过循环伏安法研究了其氧化还原性能, 并计算得出其最高占有轨道能级(E_HOMO)为-4.50 eV, 最低空轨道能级(E_LUMO)为-2.39 eV.     

机械球磨制备三苯胺基PAF-106s及C2烃吸附性质

以三苯胺为单体, 无水三氯化铁为催化剂, 二甲醇缩甲醛为外交联剂, 通过机械球磨不同比例的三苯胺、 三氯化铁和二甲醇缩甲醛, 合成了PAF-106s(PAF-106a~PAF-106c, PAF: porous aromatic framework). 红外光谱、 元素分析、 X射线光电子能谱和固体核磁共振波谱等表征结果证明发生了聚合反应. 氮气吸附结果表明, 三苯胺、 三氯化铁和二甲醇缩甲醛的比例影响PAF-106s的多孔性能. 三氯化铁和三苯胺摩尔比从3∶1增加到12∶1时, PAF-106c的BET比表面积从PAF-106a的135 m²/g增加到280 m²/g. 引入二甲醇缩甲醛后, PAF- 106d~PAF-106g的BET比表面积随三氯化铁和二甲醇缩甲醛摩尔比的增加而逐渐降低. 在273和298 K下, 测试了PAF-106c的C2烃吸附性能, 并采用理想吸附溶液理论计算了C₂H₂/C₂H₄和C₂H₆/C₂H₄分离比.     

Co3O4/UiO-66@α-Al2O3陶瓷膜对VOCs废气的分离催化性能

以α-Al₂O₃为支撑层, UiO-66为分离层, Co₃O₄为催化层, 构建了Co₃O₄/UiO-66@α-Al₂O₃陶瓷膜.对其形貌结构进行了表征, 并研究了其对挥发性有机物(VOCs)的分离催化性能. 结果表明, 该陶瓷膜对喷涂行业废气中苯与吡啶两种主要成分体现出良好的分离性, 透过侧的气体中吡啶与苯的摩尔浓度比值可由给料侧的1提高至17; 体系中引入臭氧后, 给料侧苯的浓度明显降低, 其去除率可达到89%. 透过侧的吡啶去除率仅为27%, 得到了较大程度的保留, 剩余的吡啶经收集后可进行单独的深度处理. Co₃O₄/UiO-66@α-Al₂O₃陶瓷膜在对喷涂行业废气中苯成分高效降解的同时, 能够有效解决喷涂行业废气处理过程中氮氧化物的排放问题, 有望成为喷涂行业废气预处理工艺的理想选择.     

ZIF-67/石墨烯复合物衍生的氮掺杂碳限域Co纳米颗粒用于高效电催化氧还原

燃料电池阴极氧还原(ORR)催化剂目前主要以商业Pt/C为主, 其高成本和稀缺性极大地限制了燃料电池的广泛应用. 为了替代Pt/C催化剂, 廉价高效的非贵金属催化剂目前受到了广泛的研究和关注. 利用氧化石墨烯(GO)为诱导模板, 借助表面丰富的含氧官能团, 实现了Co基金属有机框架材料(MOF) (ZIF-67)在GO表面的原位生长, 构筑了ZIF-67/GO层状复合材料. 热解过程中, 石墨烯的存在有效抑制了Co纳米颗粒的团聚, 并且很好地维持了原始的层状结构. 最终获得的Co@N-C/rGO复合催化剂材料实现了活性位的高度分散, 并且具有丰富的孔结构和优异的导电性能. 在电化学性能测试中Co@N-C/rGO表现出优异的ORR性能, 其起始电位为0.96 V, 半波电位0.83 V, 远优于ZIF-67直接热解得到的Co@N-C材料, 且性能与商业Pt/C催化剂相当. 此外, Co@N-C/rGO复合催化剂还表现出良好的催化稳定性和甲醇耐受性, 显示出该材料作为燃料电池氧还原催化剂的重要潜力.     

金属-有机框架HKUST-1膜在气体分离中研究进展※

发展高效、绿色且节能的物质分离与纯化技术具有重要意义, 气体分离更是在工业、能源、医疗及科技等领域有着广泛的应用. 传统的聚合物膜在实现高效气体分离方面还面临许多挑战, 新型分离膜材料的开发是当前研究热点和难点. 金属-有机框架(Metal-Organic Frameworks, MOFs)材料作为一种新兴多孔配位聚合物, 由于其具有独特可设计的拓扑结构以及可调节的功能而受到科学家们的广泛关注. 为了克服粉体或块体MOFs很难被高效用于气体分离的难题, 开发可用于分离的MOFs膜材料是一项具有重要意义且具有挑战性的任务. HKUST-1作为一种代表性的MOFs材料, 由于其结构稳定且原料经济并具有多级孔径的结构, 常被用作制备成膜材料用于气体分离的研究和实际应用. 总结了近十年HKUST-1膜的制备方法及其气体分离性能的研究进展, 并对这个方向的研究提出了自己的看法和展望.     

卟啉-硫醚基共价有机框架材料用于氧还原反应电催化剂

氧还原反应（ORR）是能进行能量存储的核心电化学过程。由于它的动力学速率缓慢,因此亟需制备出高活性的电催化剂来促进这一反应的速率。二维共价有机框架材料（2D COFs）的π-π堆积结构可赋予骨架高导电率,并且一维有序的孔道有利于促进中间反应体传输。因此,其在可再生能源领域中具有良好的应用前景,并有望作为能量存储与转化的强大催化平台。本文通过向2D COFs中引入金属卟啉单元及硫醚单元成功制备了两个2D COFs （JUC-600和JUC-601）。通过多种表征手段证明,这两个2D COFs均具有AA堆积的sql拓扑结构。通过电化学测试表明,Co²⁺配位的JUC-601具有更正的ORR起始电势（0.825 V）和半波电势（0.7 V）、更高的活性表面积（7.8 mF/cm²）,更低的Tafel斜率（58 mV/dec）。这主要是由于JUC-601的高比表面积和高孔隙率使得中间产物能更易在COFs的表面和孔道中接触和传输。此外,Co²⁺-卟啉单元以及硫醚单元的存在使其骨架整体的电子结构发生了变化,更有利于电子转移。这一工作不仅开发了新的二维卟啉-硫醚基COFs材料,同时也拓展了2D COFs材料在电催化领域的应用。     

基于框架核酸的细胞表面受体配体相互作用研究进展

细胞表面受体与配体之间的特异性相互作用在细胞生物学过程中起着重要作用。然而,与均相溶液不同,受体分子在细胞膜上的分布是非连续的、动态的,因此细胞表面的受体配体相互作用通常呈现复杂的非线性结合模式。框架核酸作为一类具有确定几何形状的DNA纳米支架,可用于多价配体的偶联,为深入揭示受体配体相互作用机制提供了可靠的工具。利用框架核酸纳米分辨率的可寻址特性,可实现对配体数目、间距及空间构象等参数的精确调控,进而研究细胞表面受体配体的结合特性及影响因素,优化结合条件最终实现高效的分子识别及靶向治疗。本文综述了基于框架核酸的细胞表面受体配体相互作用研究进展,通过探讨细胞表面受体配体相互作用的重要影响因素及生物学应用,对该研究领域的发展前景和未来趋势予以展望。     

基于金属有机框架水凝胶的一步式快速富集检测养殖水体中孔雀石绿北大核心CSCD

孔雀石绿是一种三苯甲烷类化合物,在水产品饲养中对疾病的防治有着不错的疗效,但因对人体健康有危害而被列为禁用药。由于实际样品中成分复杂,对于此类染料的检测方法难以同时兼具富集性好、灵敏度高且方便快速的优点。该工作制备了金属有机框架材料(MOF),采用MOF纳米材料掺杂的水凝胶(PAAM-SA/MOF)对养殖水体中的孔雀石绿进行吸附研究。采用一系列表征手段对MOF、PAAM-SA和PAAM-SA/MOF的微观形貌进行分析,结果表明吸附材料已成功合成。通过优化水凝胶吸附剂用量、吸附时间、孔雀石绿溶液pH、吸附温度、孔雀石绿溶液初始浓度等吸附萃取条件,使溶液中的孔雀石绿基本完全吸附在水凝胶中,在最优条件下,吸附效率最高可达97%。此外,采用不同极性的有机溶剂对吸附的孔雀石绿进行洗脱,通过优化洗脱液体积,脱附率最高达99%。在最佳条件下,该方法在高、中、低3个水平下的样品加标回收试验中回收率达到84.8%~118.1%,相对标准偏差小于5.1%,方法的检出限为0.083μg/L(S/N=3),定量限为0.25μg/L(S/N=10)。该方法简化了前处理过程,结合了MOF和水凝胶这二者各自的优点,添加的MOF材料可以在水凝胶体系中发挥其良好的吸附性,既解决了传统的MOF材料因粒径太小而回收率低的难题,便于吸附后直接提取,同时也解决了纯水凝胶吸附效率较低的问题,整体上提高了吸附效率和可回收性。实际样品测试表明该新型水凝胶吸附材料可用于养殖水体中孔雀石绿的快速萃取和检测,在食品检测领域具有很大潜力。