共价有机框架在水中二价汞吸附去除中的应用

伴随现代工业的迅速发展,大量含汞化合物通过多种途径进入水环境。二价汞离子(Hg²⁺)是水体中汞的主要存在形态,开发先进的水体Hg²⁺去除技术对于降低健康风险和保障生态安全至关重要。作为有效的水处理技术之一,吸附法去除水中的Hg²⁺已得到了人们的关注,而寻找性能优异的吸附材料是取得突破的关键。近年来,共价有机框架(Covalent organic frameworks,COFs)凭借其高比表面积、有序的多孔结构和表面易功能化等优势,已被广泛应用于环境修复领域。本文主要综述了COFs在吸附去除水中Hg²⁺方面的最新进展,探讨COFs的结构设计、功能化合成、水中Hg²⁺吸附行为、反应机理、环境影响因素以及拓展至规模化应用的潜力,并展望该领域未来发展的新机遇。     

多孔有机聚合物在水处理中的应用

多孔有机聚合物是一类由纯有机基团构成的新型材料。 近年来,多孔有机聚合物在吸附水中污染物方面引起了人们的兴趣。 本文简要地介绍了几种多孔有机聚合物吸附水中污染物最近的研究进展,并对其吸附机理、影响因素和研究前景进行了总结与展望。     

缺陷金属有机骨架的制备及其去除水中污染物的研究进展

在避免母体结构坍塌的前提下,通过缺陷工程对金属有机骨架(MOFs)进行处理可有效提升其去除水体污染物的性能。目前,通过调整合成条件(温度、金属/配体比例等)、添加调制剂、热处理和金属节点取代等方式可制备缺陷MOFs。粉末X射线衍射(PXRD)、比表面积分析、热重-差热分析(TGA-DSC)、电子顺磁共振(EPR)、X射线光电子能谱(XPS)、高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM)、球差校正透射电镜(AC-TEM)和X射线吸收光谱(XAS)表征技术可证实MOFs中缺陷的特征。相比原始MOFs,从光催化等高级氧化的角度来看,构造缺陷型MOFs可促进电子转移、减小带隙以提升其高级氧化降解去除污染物的性能。此外,缺陷型MOFs还可为污染物提供更多吸附位点,进一步提升吸附剂的吸附容量和吸附速率。本文系统总结缺陷MOFs的制备方法、现有常见表征技术及其在水处理领域中的应用。同时,本文还根据缺陷MOFs用于去除水中污染物的研究现状对其今后发展予以展望。     

缺陷金属有机骨架的制备及其去除水中污染物的研究进展

在避免母体结构坍塌的前提下,通过缺陷工程对金属有机骨架(MOFs)进行处理可有效提升其去除水体污染物的性能。目前,通过调整合成条件(温度、金属/配体比例等)、添加调制剂、热处理和金属节点取代等方式可制备缺陷MOFs。粉末X射线衍射(PXRD)、比表面积分析、热重-差热分析(TGA-DSC)、电子顺磁共振(EPR)、X射线光电子能谱(XPS)、高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM)、球差校正透射电镜(AC-TEM)和X射线吸收光谱(XAS)表征技术可证实MOFs中缺陷的特征。相比原始MOFs,从光催化等高级氧化的角度来看,构造缺陷型MOFs可促进电子转移、减小带隙以提升其高级氧化降解去除污染物的性能。此外,缺陷型MOFs还可为污染物提供更多吸附位点,进一步提升吸附剂的吸附容量和吸附速率。本文系统总结缺陷MOFs的制备方法、现有常见表征技术及其在水处理领域中的应用。同时,本文还根据缺陷MOFs用于去除水中污染物的研究现状对其今后发展予以展望。     

Tailoring Covalent Organic Frameworks To Capture Water Contaminants

Covalent organic frameworks (COFs) are attractive materials receiving increasing interest in the literature due to their crystallinity, large surface area, and pore uniformity. Their properties can be tailored towards specific applications by judicious design of COF building blocks, giving access to tailor-made pore sizes and surfaces. In this Concept article, developments in the field of COFs that have allowed these materials to be explored for contaminant adsorption are discussed. Strategies to obtain water-stable materials with highly ordered structures and large surface areas are reviewed. Post-synthetic modification approaches, by which pore surfaces can be tuned to target specific contaminants, are described. Recent advances in COF formulations, crucial for future implementation in adsorption devices, are highlighted. At the end, future challenges which need to be addressed to allow for the deployment of COFs for the capture of water contaminants will be discussed.     

Covalent Organic Frameworks for Extracting Water from Air

Water scarcity is becoming an increasingly pressing issue due to global population growth and industrialization. One effective approach to addressing this issue is sorption-based atmospheric water harvesting (SAWH). Covalent organic frameworks (COFs) are a type of porous crystalline material that have emerged as promising sorbents for water harvesting due to their high surface area, tunable pore size, and customizable pore chemistry. In this mini-review, we provide an overview of the different types of COFs, their structural characteristics, and the diverse linkage chemistries used to construct them. Then, we summarize recent advances in using COF-based sorbents for atmospheric water harvesting, including strategies for controlling sorption properties and optimizing performance in terms of thermodynamics and dynamics. Finally, we discuss prospects and challenges associated with improving the efficiency of COF-based SAWH systems.     

pH-Triggered Removal of Nitrogenous Organic Micropollutants from Water by Using Metal-Organic Polyhedra

Water pollution threatens human and environmental health worldwide. Thus, there is a pressing need for new approaches to water purification. Herein, we report a novel supramolecular strategy based on the use of a metal-organic polyhedron (MOP) as a capture agent to remove nitrogenous organic micropollutants from water, even at very low concentrations (ppm), based exclusively on coordination chemistry at the external surface of the MOP. Specifically, we exploit the exohedral coordination positions of Rh^II-MOP to coordinatively sequester pollutants bearing N-donor atoms in aqueous solution, and then harness their exposed surface carboxyl groups to control their aqueous solubility through acid/base reactions. We validated this approach for removal of benzotriazole, benzothiazole, isoquinoline, and 1-napthylamine from water.     

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。     

金属-有机骨架材料用于废水处理

废水中的各种有害物质常常具有生物毒性或致癌性,因此如何高效、节能地处理水体污染是一个亟待解决的重要问题。金属-有机骨架材料(metal-organic frameworks, MOFs)是一种新型纳米多孔材料,具有种类多样性、结构可设计性与可调控性、高比表面积及良好的热稳定性等优点,已成为当前化学、材料学科的一个研究热点, 在多个领域显示出潜在的应用前景,尤其是在分离方面。与气相分离相比,MOFs用于液相分离的研究较少。本文综述了近年来MOFs用于含有染料、药物、醇、芳香族化合物、重金属离子及其他离子的废水处理的研究进展,重点剖析了MOFs的孔结构、骨架电荷及功能性对分离效果的影响,并结合本课题组的研究工作,对这种新型多功能材料在水处理方面的前景和今后的研究重点作了展望。     

金属-有机骨架及其功能材料在食品和水有害物质预处理中的应用

食品安全问题是关系人民生命健康和经济社会和谐发展的重大问题。食品类样品残存的痕量有毒有害物质对人体健康产生潜在危害。因此,需要高效的吸附材料用于食品类样品预处理及检测。金属-有机骨架材料(metal-organic frameworks, MOFs) 是一类新型的多孔功能材料,具有高孔隙度、高比表面积、结构可设计与调控、孔径可调及良好的化学和热稳定性等优点。MOFs的早期研究主要集中在结构及功能化设计方面,近年来MOFs及其功能材料在各领域的潜在应用逐渐成为新的研究热点。MOFs具有高度发达的孔隙结构,易通过功能化改变材料表面性质,不同的金属元素和配体种类,以及配位方式的多样化特性,极大地丰富固相萃取的固定相材料种类。尤其是在复杂基质样品预处理中,MOFs及其功能材料表现出强富集能力、强抗基质干扰能力、优异的选择性以及环境友好等优势。本文综述了近几年MOFs及其功能材料在食品和水样品中有害物质预处理方面的研究进展,并对这类材料应用在食品安全分析方面的发展进行了展望。     

金属-有机骨架材料在色谱分离中的应用

金属-有机骨架材料（Metal-organic frameworks,MOFs）,因其具有较好的热稳定性、化学稳定性、可设计性等特点,广泛应用于气体吸附、物质分离、提纯、催化等领域,同时也作为模板制备各种功能材料.MOFs作为色谱分离的材料已得到了较多的研究与应用.按照被分离物质的类别,综述和总结了不同MOFs材料作为色谱固定相的分离效果,重点介绍了MOFs材料的色谱分离机理.MOFs材料的孔径、功能基团和不饱和金属位点在分离中起到重要的作用,最后对MOFs在色谱分离应用中的问题和前景进行了分析和展望.     

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。     

中孔金属有机骨架材料的制备与应用

相对于微孔金属有机骨架化合物,中孔金属有机骨架化合物的研究大大拓宽了该类材料的应用,尤其是在多相催化、挥发性有机物吸附和药物输送等领域。目前存在的问题主要集中在材料制备环节,尽管可以从分子水平设计出具有合适尺寸的中孔金属有机骨架材料,但是会出现合成过程中骨架结构发生贯穿无法得到中孔,甚至样品活化过程中骨架发生坍塌失去中孔等问题。本文综述了中孔金属有机骨架材料的设计策略与制备方法,如使用长配体、混合配体、表面活性剂辅助及后合成修饰等方法,并对各种制备方法的优缺点进行了总结。简要介绍了中孔金属有机骨架材料在气体存储、多相催化、分子传感、挥发性有机物吸附和药物载体等领域的应用进展,最后展望了该材料的发展前景。     

阳离子共价有机框架对水中非甾体药物的强化去除

以三醛基间苯三酚(TFP)和溴化乙锭(EB)为单体, 在溶剂热条件下合成了一种二维β-酮烯胺类阳离子型共价有机框架(COF)材料. 所得TFP-EB COF呈现出良好的结晶度、 高的比表面积和丰富的溴化乙锭单元, 故可将其应用于水中非甾体抗炎药(NSAIDs)的去除.阳离子TFP-EB COF对双氯芬酸钠(DCF-S)和对氨基水杨酸钠(PAS-S)两种非甾体抗炎药表现出高的吸附能力和快的吸附动力学, 其饱和吸附容量分别可达350.4和145.3 mg/g. 而采用TFP与4,4'-二氨基联苯(BND)在类似条件下合成的中性TFP-BND COF则表现出较差的吸附性能, 其对DCF-S和PAS-S的饱和吸附容量分别仅有59.7和13.6 mg/g. TFP-EB COF的吸附性能比TFP-BND COF更优异, 这主要归因于TFP-EB COF孔道中存在的大量阳离子EB单元与NSAIDs中的羧基间存在强烈的静电作用. 此外, 竞争离子干扰和循环再生实验表明阳离子型TFP-EB COF在NSAIDs污染物的去除方面具有良好的应用前景.     

金属有机框架在染料敏化太阳能电池中的应用

为了获得高效率的染料敏化太阳能电池,其光阳极应该具有大的比表面积,以吸附足量的染料,获得很强的光捕获能力.从这个角度而言,将具有很大比表面积的金属有机框架材料引入到染料敏化太阳能电池的体系中,无疑是一种有益的探索.本文简介了金属有机框架材料在光伏领域的应用,并重点介绍了我们课题组在利用金属有机框架材料方面进行的一些探索,包括光阳极薄膜的处理、利用金属有机框架材料作为前驱体制备光阳极材料和光散射层.最后,本文对金属有机框架材料应用于染料敏化太阳能电池中的局限性及前景做了简要的展望.     

金属-有机骨架材料的合成及其在荧光传感器中的应用

金属-有机框架材料（MOFs）,是一类由金属节点或者是次级构筑单元与有机配体通过配位键自主装形成的材料。由于其丰富的拓扑结构及在多领域的潜在应用,已被广泛研究。最近关于块状和纳米颗粒形式的发光MOFs 的研究表明,这些材料具有优异的发光性质,可用来检测识别溶剂分子、重金属离子、黄曲霉素、硝基苯类爆炸物以及碘离子等。并且开发高灵敏度,高选择性,快速响应和完全可逆的有毒物质和爆炸物检测传感器,在国土安全,环境安全及其他人道主义关切问题上有着极大的需求。在这篇文章中,我们主要讨论MOF材料作为荧光传感器的应用研究和发展前景。     

金属-有机框架材料在催化炔烃半氢化反应中的应用

炔烃的半氢化反应在有机合成和精细化工领域具有重要地位,如何同时兼顾反应活性和选择性仍存在很大挑战。目前已有多种材料被应用于相关催化,其中金属-有机骨架(MOFs)及其复合材料受到越来越多关注。MOFs的多孔性、结构可修饰性、空间限域效应、协同催化等优点,使其在炔烃的半氢化反应中表现出独特的应用前景。本文综述了MOFs及其复合材料在炔烃的半氢化反应生成烯烃过程中的应用,主要根据活性催化位点的类别展开介绍,重点阐述了不同体系中催化效果和结构之间的关系。     

Rational Design and Application of Covalent Organic Frameworks for Solar Fuel Production

Harnessing solar energy and converting it into renewable fuels by chemical processes, such as water splitting and carbon dioxide (CO₂) reduction, is a highly promising yet challenging strategy to mitigate the effects arising from the global energy crisis and serious environmental concerns. In recent years, covalent organic framework (COF)-based materials have gained substantial research interest because of their diversified architecture, tunable composition, large surface area, and high thermal and chemical stability. Their tunable band structure and significant light absorption with higher charge separation efficiency of photoinduced carriers make them suitable candidates for photocatalytic applications in hydrogen (H₂) generation, CO₂ conversion, and various organic transformation reactions. In this article, we describe the recent progress in the topology design and synthesis method of COF-based nanomaterials by elucidating the structure-property correlations for photocatalytic hydrogen generation and CO₂ reduction applications. The effect of using various kinds of 2D and 3D COFs and strategies to control the morphology and enhance the photocatalytic activity is also summarized. Finally, the key challenges and perspectives in the field are highlighted for the future development of highly efficient COF-based photocatalysts.     

Recent Progress of Atmospheric Water Harvesting Using Metal-Organic Frameworks

Atmospheric water harvesting based on vapor adsorption is a newly emerged and potential technology to supply portable water for arid areas.To efficiently harvest vapor from the air,sorbents are required to have conside-rable adsorption capacity,easy regeneration and high stability.With the advantages of porous structure,tunable pore size and tailorable hydrophilicity,metal-organic frameworks(MOFs)have demonstrated excellent performance in vapor adsorption and water generation.In this review,we first discuss the degradation mechanisms of MOFs exposed to water and summarize the structure-stability relationship;by centering on the adsorption isotherms,the connection between the structure of MOFs and the water adsorption property is illuminated;finally,some prospects are suggested in order to push forward the progress of this technology.