生物金属-有机骨架材料中药物吸附及扩散的分子模拟研究

选用了三种bio-MOFs （bio-MOF-1,bio-MOF-11,bio-MOF-100）材料,采用蒙特卡罗和分子动力学模拟研究了布洛芬分子在bio-MOF材料中的吸附和扩散性质. 结果发现,bio-MOF材料结构对药物分子布洛芬的吸附及扩散有很大影响. 其中,孔径控制着客体分子布洛芬的进入及扩散; 孔隙率大小与布洛芬的吸附量及自扩散系数大小成正比. 静电作用力对布洛芬分子的吸附有较小的促进作用. 另外还研究了布洛芬分子在MOF材料中的最佳吸附位及最优构型,发现布洛芬分子优先吸附在金属角落处,以及不同材料其吸附的布洛芬分子最优构型是不一样的.     

柔性金属-有机骨架材料中甲醇吸附和扩散的分子模拟

采用分子力学和分子动力学相结合的方法, 对甲醇在Ni₂(4,4'-bipyridine)₃(NO₃)₄中的吸附能和扩散势垒进行了研究. 结果表明, 每个Ni₂(4,4'-bipyridine)₃(NO₃)₄结构单元的饱和吸附量是4个甲醇分子, 稳定吸附分子个数是2个, 吸附多于2个甲醇分子时材料结构变形明显, 是甲醇实验吸附等温线出现梯级现象的原因, 计算的扩散势垒是35.94 kJ•mol^－1, 与实验值符合较好. 得出, 结构变形对吸附分子在柔性金属-有机骨架中的吸附和扩散性质有重要影响.     

柔性金属—有机骨架材料中已烷的扩散研究

本工作将MM3力场进行了扩展,使其可用于描述其它IRMOF材料的柔韧性;在此基础上,我们采用分子动力学模拟研究了柔性IRMOF-1和-16材料中已烷的扩散。 本文重点研究了温度和分子数对己烷自扩散系数、扩散机理,以及骨架柔性的影响。结果表明,分子数是影响扩散路径的重要因素。其次,IRMOF-16的柔性强于IRMOF-1。 工作的结论有助于进一步研究链状分子在柔性MOF材料中的扩散。     

新型储甲烷金属-有机骨架材料的设计

针对迄今具有最大甲烷存储量的金属-有机骨架(MOF)材料PCN-14, 采用质心分布图研究了甲烷在其中的吸附机理. 结果表明, PCN-14中主要存在两个吸附位, 并且有机配体对材料吸附甲烷有着重要影响. 因此, 通过改变有机配体的类型, 设计了对甲烷具有更高吸附性能的新型MOF材料PCN-M. PCN-M在3.5 MPa下、290 K时对甲烷的吸附量达到了257 V/V, 比PCN-14增加了12%; 298 K时对甲烷的吸附量达到了241 V/V, 超过了DOE标准180 V/V的34%. 此外, 本工作表明了改变有机配体是改善材料存储甲烷能力的一种可行方法, 为合成高甲烷储存量的新MOF材料提供了理论依据.     

二氧化碳在金属-有机骨架材料中吸附的阶梯现象

采用巨正则系综蒙特卡罗(GCMC)模拟方法, 对二氧化碳在5种具有相同拓扑结构的金属-有机骨架材料(IRMOFs), 即IRMOF-1, -8, -10, -14, -16中吸附产生的阶梯现象进行了详细的研究. 结果表明: 低温条件下, 孔径越大的IRMOFs越容易发生阶梯现象; 发生阶梯现象的转变压力与能够发生阶梯现象的转变温度都与孔径呈线性关系. 此外, 模拟结果进一步验证了二氧化碳分子之间的静电作用力是阶梯现象发生的关键因素. 这些规律将为金属-有机骨架材料(MOFs)的设计和改性以及二氧化碳在混合气体中的吸附分离提供有用的信息.     

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.     

金属-有机骨架材料中甲烷吸附机理的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论研究了甲烷在MOF-5中的吸附位置、吸附构型和吸附能. 结果表明: 吸附位置主要有四种, Zn₄O簇为最佳吸附位, 其吸附能为17.38 kJ•mol^－1, 高于沸石中的甲烷吸附能. 从吸附能与MOF-5的结构关系分析得出: 在苯环中引入给电子基团, 有利于增强甲烷与MOFs的吸附作用; 引入含氧等极性官能团, 将增加甲烷吸附位, 有利于提高吸附储存量.     

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。     

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...     

生物相容性金属-有机骨架材料负载药物的分子模拟

采用巨正则蒙特卡罗方法,对新型卤代羟基烷麻醉药——异氟醚在金属-有机骨架材料(MOFs)中的负载性能进行了模拟研究.选用含Fe,Mg和Ti等金属中心的5种生物相容性良好的MOFs进行研究,结果表明,在常压下,孔体积较大的材料对异氟醚的负载量较大,且Fe-MIL-101负载量最高,可负载相当于自身质量2倍的药物.通过径向分布函数及构型分析发现,药物负载的主要作用力有氢键和金属-药物相互作用.等量吸附能分析显示,Fe-MIL-53和Mg-MOF-74吸附能较强,有利于延长麻醉药持续释放的时间,适用于长时间麻醉手术或术后止痛;而Ti-KUMOF-1,Fe-MIL-100和Fe-MIL-101则在初期释放大量药物,后期释放量大幅度下降,适用于急诊治疗.     

杂质对金属-有机骨架材料分离烟道气性能影响的分子模拟研究

采用分子模拟方法系统研究了杂质(水、O2和SO2)对5种金属-有机骨架材料(ZIF-8,NOTT-300,UiO-66(Zr),UiO-66-NH2和UiO-66-2COOH)的烟道气分离性能的影响,并探讨了其微观机理.结果表明,O2和SO2对这些材料的CO2/N2分离选择性影响不大;水对ZIF-8和UiO-66(Zr)的分离选择性影响不大,而对NOTT-300和UiO-66-NH2的分离选择性具有提升作用;UiO-66-2COOH对CO2的选择性有所降低.在干燥的环境下,UiO-66-2COOH的选择性最高,而在湿润的环境下,UiO-66-NH2的选择性最高.为捕获CO2的新型材料设计提供理论指导.     

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。     

功能化金属有机骨架材料在放射性离子检测中的应用

With the shortage of fossil energy and increasing environmental pollution, nuclear energy has received extensive attention by its virtue of high energy density and low emission of greenhouse gases. However, radioactive nuclear waste remains a serious task for its safe and effective disposal due to their harmful effects on human health and the environment. As a new type of multifunctional nanomaterial, metal-organic frameworks (MOFs) are synthesized via the self-assembling combination of inorganic metals and organic ligands. Compared with traditional porous materials, MOFs have broad application prospects in the adsorption and detection of radioactive ions. In this paper, we reviewed the functional modification strategies of MOFs and summarized the progress in the applications of functionalized MOFs in removal and fluorescence sensing of contaminated ions in recent years. Besides, the future development trends are also discussed.     

金属-有机框架作为异相催化剂的表征方法概述

作为一类具有大的比表面积、高孔隙率、合成方便、骨架规模可变、化学可修饰以及结构组成多样等优点的新型多孔材料,金属-有机框架（MOFs）在光电材料、药物传输、气体吸附分离及催化等领域有着广阔的应用前景,成为近年来研究的热点。异相催化是MOFs最具发展潜力的应用领域之一,各种表征方法和研究手段是开展MOFs异相催化研究的工作基础。本文主要围绕表征MOFs作为异相催化剂的常用技术手段进行介绍,包括X-射线单晶衍射、X-射线粉末衍射、热重分析、红外光谱/拉曼光谱分析、透射/扫描电镜等,旨在为开展相关MOFs催化研究提供一定参考。     

纳米孔洞金属-有机骨架催化氧化苯甲醇动力学研究

具有纳米孔洞的金属-有机骨架材料Cu3（BTC）2（H2O）3为催化剂,过氧化氢为氧化剂,利用紫外可见光谱研究其催化氧化苯甲醇生成苯甲醛的催化反应动力学行为,系统地讨论了纳米孔洞金属-有机骨架材料的催化动力学。研究结果表明,随着反应介质的pH、催化剂与反应底物的摩尔比和反应温度的升高,准一级反应速率常数kobsd也会随...     

新型金属有机气凝胶的合成、 表征及气体吸附性能

利用高稳定性的UiO-66系列金属有机骨架多孔材料制备金属有机气凝胶材料, 制得的UiO-66系列金属有机气凝胶材料具有多级孔结构和较高的比表面积, 在气体吸附分离领域具有较大应用潜力. 气体吸附实验结果表明, UiO-66-NH₂金属有机气凝胶材料具有极佳的CO₂吸附性能和CO₂/CH₄分离性能, 通过理想吸附溶液理论计算得出其吸附选择性高达18.3.     

Metal-Organic Frameworks for Efficient Electrochemical Reduction of Carbon Dioxide

The large concentration of carbon dioxide (CO₂) in the atmosphere can be utilized in industrial production using effective electrocatalysts such as metal-organic frameworks (MOFs). Due to good properties such as high surface area, designable functionality, and uniform constitution, MOFs are regarded as promising electrocatalysts for the carbon dioxide electrochemical reduction reaction (eCO₂RR). This review covers the importance, challenges, and mechanism of eCO₂RR, and simply discusses the progress in the synthesis methods and characterization of MOFs. The review also thoroughly discusses the advances of single metal-based MOFs, mixed metal-based MOFs, and MOF derivatives as electrocatalysts for efficient eCO₂RR.     

水分子对金属有机骨架材料结构及性能的影响

金属有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)是一种新型有机-无机杂化材料,其在气体的吸附分离、催化、磁学、生物医学等领域表现出诱人的应用前景。但是,在水分子存在的情况下MOFs结构及性能会受到很大的影响,极大的阻碍了其工业化进程。本文系统介绍了水分子对MOFs结构的破坏机理,并从金属和配体两方面总结了在水分子存在的情况下MOFs的稳定性问题;阐述了水分子的吸附机理以及吸附水分子后MOFs性能的变化;并且对水分子影响问题的研究趋势做了展望,以期为今后的研究提供参考。     

水分子对金属有机骨架材料结构及性能的影响

金属有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks, MOFs)是一种新型有机-无机杂化材料,其在气体的吸附分离、催化、磁学、生物医学等领域表现出诱人的应用前景.但是,在水分子存在的情况下MOFs结构及性能会受到很大的影响,极大的阻碍了其工业化进程.本文系统介绍了水分子对MOFs结构的破坏机理,并从金属和配体两方面总结了在水分子存在的情况下MOFs的稳定性问题;阐述了水分子的吸附机理以及吸附水分子后MOFs性能的变化;并且对水分子影响问题的研究趋势做了展望,以期为今后的研究提供参考.