磁性金属-有机骨架材料的合成及其应用

磁性金属-有机骨架(magnetic metal-organic frameworks,MMOFs)材料是近年来兴起的新型纳米功能材料,它由MOFs材料和磁性材料组合而成,具有高选择性、良好分散性和可多次重复利用等优点,在环境、医学和生物学研究领域应用广泛。本文介绍了MMOFs材料的四种合成方法,包括嵌入法、叠层法、封装法和混合法,其中嵌入法是指将磁性颗粒材料镶嵌在MOFs表面,叠层法是将MOFs层覆盖和叠加生长在官能化磁性颗粒材料表面,封装法是MOFs材料围绕磁性颗粒在其周围生长并将其包埋起来,混合法是将MOFs和磁性颗粒物通过物理或化学作用发生聚合合成。MOFs与磁性颗粒材料结合形成的MMOFs,既保留了MOFs材料的结构与性能,又增添了颗粒材料的磁性,从而大大拓展了MOFs的应用范围。鉴于MMOFs可携带特定的物质释放于指定位置,容易从复杂基质中分离,并可通过外部磁性进行定位与收集等优势与特点,其在生物医药、环境样品预处理和催化等领域得到了广泛的应用。     

磁性金属有机框架复合材料的构筑及应用

磁性金属有机框架(magnetic metal-organic framework,MMOFs)复合材料作为一种新颖的功能材料,因其结合了磁性粒子易于分离、可重复利用的优点和MOFs材料多孔特性,在生物医药、吸附分离、催化、放射性元素检测等领域展现出了广泛的应用价值。本文以磁性粒子与经典MOFs的复合为分类依据,对磁性粒子与MOF系列、ZIF系列、HKUST-1、MIL系列和UIO系列复合材料的合成及应用做了概述,并对MMOFs材料的未来研究方向和存在的问题做了简要分析,以期为实现磁性金属有机框架复合材料的结构调控提供依据。     

金属有机骨架及其复合材料在固相微萃取中的制备及应用

金属有机骨架材料是近几年涌现出的一类新型多功能多孔固体材料,由金属离子和有机配体自组装形成.基于其比表面积高、孔隙率大、热稳定性好和结构与功能多样化等优点,此类材料可作为潜在的吸附剂来对水体等环境污染物进行预处理分析.此外,金属有机骨架材料和不同功能材料如碳基材料、分子印迹聚合物材料以及磁性纳米粒子等组装形成的金属有机骨架复合材料,其整体性能较优于母体金属有机骨架材料.因此,金属有机骨架复合材料在样品预处理方面的应用也引起了研究者的极大兴趣和广泛关注.结合自己的研究工作,对近5年的金属有机骨架材料以及金属有机骨架复合材料,主要在固相微萃取样品预处理方面的应用进行了综述,并对其发展前景进行了展望.     

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。     

稀土掺杂上转换纳米颗粒-金属有机骨架复合材料的研究进展

稀土掺杂上转换纳米颗粒-金属有机骨架复合材料是一类新型的功能复合材料. 它不仅结合了稀土掺杂上转换纳米颗粒和金属有机骨架这两种材料的特性, 体现了两者复合后的协同效应, 还具有设计灵活和功能易拓展等优势. 本文聚焦稀土掺杂上转换纳米颗粒-金属有机框架复合材料的最新发展, 总结了该类复合材料的制备方法, 介绍了其在生物和催化等领域的应用, 并对其面临的挑战和发展前景进行了展望.     

石墨烯量子点/铁基金属-有机骨架复合材料高效光催化二氧化碳还原※

利用可见光将二氧化碳光还原为有用的化学品是一项有前景但充满挑战的工作. 金属有机骨架(MOFs)作为一种新兴的具高孔隙率、高比表面积、强吸附富集CO₂能力、结构和功能可调的多孔材料, 在光催化二氧化碳还原反应中具有极强的应用潜力. 但大多数金属有机骨架材料存在可见光吸收范围窄、光生载流子快速复合等问题, 导致催化二氧化碳还原活性仍然较低. 通过静电自组装策略将纳米级胺基化金属有机骨架材料(NH₂-MIL-88B(Fe))和羧酸化石墨烯量子点(GQD)通过静电作用结合, 得到GQD/NH₂-MIL-88B(Fe)复合材料. 该复合催化剂有效结合了金属有机骨架强二氧化碳吸附富集能力和GQD的可见光吸收范围宽、电子传导能力强等优点, 因此与纯金属有机骨架材料NH₂- MIL-88B(Fe)相比较, 该复合材料能高效光催化还原CO₂为CO, 并在10 h可见光下活性高达590 μmol/g, 约为NH₂-MIL-88B(Fe)活性的四倍. 这项工作为制备高活性催化CO₂的金属有机骨架复合材料提供了借鉴.     

中空金属有机框架材料的研究进展

中空金属有机框架材料的快速发展为中空结构材料开辟了新的应用领域.本综合评述介绍了中空金属有机框架材料的制备方法,重点论述了中空金属有机框架材料及其复合材料在催化、光催化和电催化、吸附、气体分离、传感、超级电容器以及生物医学等领域的应用;同时也对具体的中空金属有机框架材料及其复合材料的制备和应用情况进行详细阐述.最后,对中空金属有机框架材料目前所面临的机遇和挑战进行了展望.     

磁性复合材料在固相萃取食品中环境类雌激素的应用进展EI北大核心CSCD

环境类雌激素作为食品中一类典型的污染物,严重影响人体内分泌系统的功能与代谢。磁性固相萃取因其简洁高效、富集倍数高、适用范围广等优点,已被广泛应用于食品中环境类雌激素的富集检测。Fe_(3)O_(4)纳米粒子作为经典的磁固相萃取材料,易于形成大分子团聚物,影响其选择吸附性能,限制了磁固相萃取技术在食品中环境类雌激素的痕量分析。新兴的磁性复合材料可有效地解决上述问题,已成为磁固相萃取技术的研究热点之一。本文综述了近5年来新兴的磁性聚合物复合材料、磁性碳基复合材料和磁性金属-有机骨架复合材料在食品中环境类雌激素富集检测的应用进展。     

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。     

金属有机骨架材料在催化中的应用

金属有机骨架(MOFs)材料是一种相对新型的多孔材料,由于其结构的多样性、可设计性、可剪裁性以及超高的比表面积,近年来吸引了广泛的研究兴趣,并在很多领域展现了潜在的应用前景.特别是在催化方面的应用更受到了强烈的关注.本文的前两部分主要以催化活性位点的来源进行分类,包括配位不饱和金属中心、功能性有机配体、化学修饰接入功能位点以及嵌入在MOFs孔内的金属配合物或金属纳米颗粒等,总结了近几年来MOFs及其复合材料在多相催化方向取得的一些进展.同时在后面两部分也简要地介绍了MOFs在光催化及以MOFs为模板构筑的多孔纳米材料在催化(特别是电催化)方面的一些应用.最后,对MOFs在催化方面的应用前景做了展望.     

氨基化磁性Fe3O4@Cu3(BTC)2材料的合成及其在Knoevenagel缩合中的催化性能

金属有机骨架材料具有大比表面积、高孔隙率、热稳定性好、规整且可调控的孔结构、易于功能化的骨架金属离子和有机配体等优点,是制备多相催化剂的重要材料之一.虽然减小金属有机骨架材料等多孔材料的粒径可以提高反应物的传质效率,从而提高其催化活性;但是,纳米尺寸催化剂的分离和回收困难.将磁性纳米粒子和金属有机骨架材料结合制备具有核-壳结构的磁性金属有机骨架材料是解决上述问题的有效方法.此类材料兼具磁性材料和金属有机骨架材料的双重优势,既可以磁性分离,又具有金属有机骨架材料的催化活性.而且,厚度可控的壳层材料表现出与纳米催化剂相当甚至更好的催化活性.我们采用逐层自组装方法制备了核-壳结构的磁性Fe3O4@Cu3(BTC)2复合材料,并对材料进行氨基化修饰,制备了基于金属有机骨架材料的磁性多相碱催化剂.采用粉末X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、氮气吸附等方法对材料的组成和结构进行了表征,并考察了材料在Knoevenagel缩合反应中的催化性能.首先采用粉末XRD表征材料的晶体结构.在复合材料Fe3O4@Cu3(BTC)2的XRD谱中,同时出现了Fe3O4和Cu3(BTC)2的特征衍射峰.采用氨基配体修饰后,材料的XRD谱没有明显变化,说明修饰后的材料保持了Fe3O4@Cu3(BTC)2的晶体结构.透射电镜结果表明,包裹25次得到的磁性复合材料Fe3O4@Cu3(BTC)2是以Fe3O4为核心,以Cu3(BTC)2为壳的核-壳结构,壳层厚度大约为200 nm.氨基修饰后,材料的透射电镜图相对修饰前无明显变化.扫描电镜结果表明,合成的Fe3O4为球形结构,粒径为100-600 nm.采用Cu3(BTC)2进行包裹后,在Fe3O4表面生长了由Cu3(BTC)2纳米颗粒组成的壳层.采用氨基配体修饰后,材料的形貌无明显改变.进一步采用氮气吸附表征材料的孔结构并测定材料的比表面积和孔体积.结果表明,由于大比表面的Cu3(BTC)2的引入,复合材料Fe3O4@Cu3(BTC)2的比表面积增大为462 m2/g,孔体积为0.38 cm3/g.氨基修饰后,材料的比表面积和孔体积都有较大程度的降低,说明配体分子占据了壳层材料Cu3(BTC)2中的纳米孔道.采用苯甲醛和氰基乙酸乙酯的Knoevenagel缩合反应作为模型,考察了材料的催化活性.研究发现,Fe3O4对此反应几乎没有活性,Fe3O4@Cu3(BTC)2给出了中等的催化活性.在材料上引入氨基后,由于氨基和Cu3(BTC)2上的Lewis酸性位点的协同效应,在很大程度了提高了材料的催化活性.溶剂效应实验结果表明,反应溶剂对材料的活性和选择性具有较大影响,极性或质子性溶剂有利于反应的进行.多相催化剂的循环稳定性是其重要评价指标之一.热过滤实验结果表明,滤液中无催化活性,反应中的催化活性来源于固体材料,此催化反应为多相催化.随后考察了材料的循环稳定性.虽然氨基化Fe3O4@Cu3(BTC)2材料在溶剂DMSO中表现出最高的催化活性,但XRD和电镜表征结果表明,材料在DMSO中结构遭到破坏,因此循环过程中催化剂的活性损失严重.然后考察了氨基化材料在乙醇中的循环稳定性,发现材料在乙醇中表现出较好的循环稳定性.通过简单磁性分离进行催化剂的分离和回收,催化剂循环使用3次而没有明显的活力损失.而且,XRD和电镜表征结果显示,催化剂的结构在反应过程中没有遭到明显破坏.     

氨基化磁性Fe_3O_4@Cu_3(BTC)_2材料的合成及其在Knoevenagel缩合中的催化性能（英文）

金属有机骨架材料具有大比表面积、高孔隙率、热稳定性好、规整且可调控的孔结构、易于功能化的骨架金属离子和有机配体等优点,是制备多相催化剂的重要材料之一.虽然减小金属有机骨架材料等多孔材料的粒径可以提高反应物的传质效率,从而提高其催化活性;但是,纳米尺寸催化剂的分离和回收困难.将磁性纳米粒子和金属有机骨架材料结合制备具有核-壳结构的磁性金属有机骨架材料是解决上述问题的有效方法.此类材料兼具磁性材料和金属有机骨架材料的双重优势,既可以磁性分离,又具有金属有机骨架材料的催化活性.而且,厚度可控的壳层材料表现出与纳米催化剂相当甚至更好的催化活性.我们采用逐层自组装方法制备了核-壳结构的磁性Fe_3O_4@Cu_3(BTC)_2复合材料,并对材料进行氨基化修饰,制备了基于金属有机骨架材料的磁性多相碱催化剂.采用粉末X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、氮气吸附等方法对材料的组成和结构进行了表征,并考察了材料在Knoevenagel缩合反应中的催化性能.首先采用粉末XRD表征材料的晶体结构.在复合材料Fe_3O_4@Cu_3(BTC)_2的XRD谱中,同时出现了Fe_3O_4和Cu_3(BTC)_2的特征衍射峰.采用氨基配体修饰后,材料的XRD谱没有明显变化,说明修饰后的材料保持了Fe_3O_4@Cu_3(BTC)_2的晶体结构.透射电镜结果表明,包裹25次得到的磁性复合材料Fe_3O_4@Cu_3(BTC)_2是以Fe_3O_4为核心,以Cu_3(BTC)_2为壳的核-壳结构,壳层厚度大约为200 nm.氨基修饰后,材料的透射电镜图相对修饰前无明显变化.扫描电镜结果表明,合成的Fe_3O_4为球形结构,粒径为100–600 nm.采用Cu_3(BTC)_2进行包裹后,在Fe_3O_4表面生长了由Cu_3(BTC)_2纳米颗粒组成的壳层.采用氨基配体修饰后,材料的形貌无明显改变.进一步采用氮气吸附表征材料的孔结构并测定材料的比表面积和孔体积.结果表明,由于大比表面的Cu_3(BTC)_2的引入,复合材料Fe_3O_4@Cu_3(BTC)_2的比表面积增大为462 m~2/g,孔体积为0.38 cm~3/g.氨基修饰后,材料的比表面积和孔体积都有较大程度的降低,说明配体分子占据了壳层材料Cu_3(BTC)_2中的纳米孔道.采用苯甲醛和氰基乙酸乙酯的Knoevenagel缩合反应作为模型,考察了材料的催化活性.研究发现,Fe_3O_4对此反应几乎没有活性,Fe_3O_4@Cu_3(BTC)_2给出了中等的催化活性.在材料上引入氨基后,由于氨基和Cu_3(BTC)_2上的Lewis酸性位点的协同效应,在很大程度了提高了材料的催化活性.溶剂效应实验结果表明,反应溶剂对材料的活性和选择性具有较大影响,极性或质子性溶剂有利于反应的进行.多相催化剂的循环稳定性是其重要评价指标之一.热过滤实验结果表明,滤液中无催化活性,反应中的催化活性来源于固体材料,此催化反应为多相催化.随后考察了材料的循环稳定性.虽然氨基化Fe_3O_4@Cu_3(BTC)_2材料在溶剂DMSO中表现出最高的催化活性,但XRD和电镜表征结果表明,材料在DMSO中结构遭到破坏,因此循环过程中催化剂的活性损失严重.然后考察了氨基化材料在乙醇中的循环稳定性,发现材料在乙醇中表现出较好的循环稳定性.通过简单磁性分离进行催化剂的分离和回收,催化剂循环使用3次而没有明显的活力损失.而且,XRD和电镜表征结果显示,催化剂的结构在反应过程中没有遭到明显破坏.     

基于中性铂炔基元的超分子有机金属凝胶研究进展

作为一类经典的软物质材料,超分子凝胶在催化、化学传感、药物释放等许多领域展示了广泛的应用前景.最近人们研究发现,在基元砌块中引入金属特别是过渡金属之后,所形成的有机金属凝胶在光电材料、催化、磁性等方面具有独特的物理化学性质.近年来,电中性铂炔基元因其独特的线性结构、易合成及丰富的光物理性质在超分子化学及材料科学中被广泛应用.总结了基于中性铂炔基元的超分子有机金属凝胶的构筑及其功能研究进展,主要包括以苯撑共轭结构为核心骨架的铂炔有机金属凝胶以及官能团修饰的铂炔有机金属凝胶.     

核-壳结构磁性金属有机骨架材料Fe3O4@UiO-66-NH2的合成、表征及催化性能

UiO-66-NH_2是以Zr4+为金属,以2-氨基对苯二甲酸为配体制备得到的金属有机骨架材料,它是目前报道中具有较高热稳定性和化学稳定性的材料之一。本文以Fe_3O_4为核,以UiO-66-NH_2为壳,采用层层自组装方法制备了核-壳结构的磁性金属有机骨架材料Fe_3O_4@UiO-66-NH_2。利用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和氮气吸附等对其进行了表征,并考察了该磁性材料在克脑文盖尔(Knoevenagel)缩合反应中的催化性能。结果表明,该磁性材料Fe_3O_4@UiO-66-NH_2为核-壳结构,壳层厚度约为100 nm,氨基含量为1.70 mmol·g-1。该磁性复合材料具有Fe_3O_4和UiO-66-NH_2的双重功能,既可以磁性分离,又具有UiO-66-NH_2的孔结构和催化性能。由于壳层材料中Lewis酸性位(Zr4+)和碱性基团(-NH_2)的协同催化能力及其壳层的纳米尺寸效应,该磁性材料在Knoevenagel缩合反应中表现出和UiO-66-NH_2纳米粒子相当的催化活性。而且,通过磁性分离实现催化剂的多次循环使用后,其结构没有明显变化。     

金属-有机骨架材料及其在催化反应中的应用

金属-有机骨架(metal-organic frameworks, MOFs)材料是由金属离子和有机配体通过自组装而成的具有多孔结构的特殊晶体材料。由于其种类的多样性、孔道的可调性和结构的易功能化,已在气体的吸附和分离、催化、磁学、生物医学等领域表现出了诱人的应用前景。本文介绍了MOFs材料的类型和常用的合成方法,综述了近年来MOFs材料在催化领域的应用,特别是以MOFs材料中骨架金属作为活性中心、骨架有机配体作为活性中心和负载催化活性组分的催化反应,并对MOFs材料的催化应用趋势做了展望,以期对MOFs材料的催化性能有比较全面的认识。     

金属-有机框架材料在液相催化化学制氢中的研究进展

金属-有机框架(MOFs)材料是由金属簇节点或金属离子与有机配体连接而成的典型的无机-有机杂合物, 作为一类新兴的无机多孔晶态材料, MOFs因具有高度有序的多孔性、 结构可裁剪性、 高比表面积及灵活多变的骨架类型等优点而在工业合成、 能源开发、 环境治理和生物制药等领域展现出广阔的应用前景. 本文从氢能源的开发利用出发, 总结了近年来MOFs基纳米复合材料在催化化学制氢方面的研究进展. 讨论了常见的含氢量高的化学储氢材料, 包括氨硼烷、 甲酸和水合肼等; 催化材料主要有单一MOFs、 MOF基贵金属和非贵金属复合材料及MOF基衍生材料等. 最后, 对MOF基复合材料在液相催化化学储氢中的应用前景进行了展望.     

综合化学实验：磁性金属有机骨架材料的合成及对铅的吸附

设计了一个综合实验——磁性金属有机骨架材料的合成及对铅的吸附。先合成四氧化三铁,再通过氨基修饰制备磁性金属有机骨架吸附材料。考察了此材料对铅的吸附性能,铅的浓度用火焰原子吸收光谱法测定。通过实验加深了学生对物理化学课程中吸附动力学等相关内容的理解,同时巩固了学生对仪器分析课程中的原子吸收光谱法的相关内容的掌握。     

金属氧化物@金属有机骨架复合材料研究进展

金属有机骨架(Metal-Organic Framework,MOF)复合材料是一种新型功能性材料,其中金属氧化物@MOF复合材料因结合了金属氧化物和MOFs的许多特性而受到人们的广泛关注,成为近年来MOFs材料研究的一个重要方向。本文综述了金属氧化物@MOF复合材料制备方法的研究进展,主要包括外延生长法、气相沉积法、模板法等,并分析了它们各自的优缺点;概述了金属氧化物@MOF复合材料在催化、传感、生物医药、吸附与分离方面的具体应用性能,以及在电化学研究领域的潜在应用;并提出今后金属氧化物@MOF复合材料研究的主要方向是开发简单高效的制备方法、选取新功能性金属氧化物以及探索复合材料的其它新型结构,以拓展其在工业上的应用。     

[(2,2′-bipy)2VO2](H2BO3)·3H2O的水热合成和晶体结构

有机-无机杂化钒氧配合物的合成研究越来越引起人们浓厚的兴趣,这是由于它新颖的结构和在催化、电化学、光化学、吸附、离子交换和磁性能方面具有潜在的应用前景[1-8].功能体系的有机-无机杂化材料的构筑取决于反应物相互作用的本性.近年来,将有机胺分子作为结构导向剂引入无机骨架中,获得了一系列结构新颖的化合物[9,10].     

金属有机框架基复合材料的制备及其光热性能研究

金属有机框架材料(metal-organic frameworks, MOFs)是一类新型的有机-无机杂化材料, 具有可功能化的骨架结构、高比表面积、可调控的孔径尺寸等优势. 将MOFs与性质多样的有机/无机功能纳米材料复合, 不仅有可能充分发挥组分各自的优势, 而且有可能产生“1+1>2”的协同效应, 因而引起了人们的广泛关注. 具有光热效应的MOF复合物作为一类重要的MOF复合材料, 在生物诊疗、催化等领域展现出了良好的应用前景. 作者首先综述了近年来MOF复合材料的主要可控制备方法, 随后讨论了光热MOF复合材料的应用研究, 最后对该类材料的未来研究方向和挑战进行了展望.