功能金属-有机骨架材料的应用

金属有机骨架（Metal-Organic Framework,MOFs）材料由于其特殊的结构引起了科学家的广泛关注,它作为多孔材料与无机或有机的多孔材料相比具有特殊的优势,是目前新功能材料研究领域的一个热点。本文总结了金属有机骨架多孔材料在分离纯化、催化、微反应器、负离子交换、复合功能材料等方面的应用进展,并对这种新型多功能材料在设计、合成与应用方面的广阔前景作了展望。     

金属-有机骨架复合材料

金属-有机骨架(metal-organic frameworks,MOFs)是一种新型的有机-无机杂化材料,因具有易于制备、比表面积大、孔隙度高、结构多样性及孔道表面可修饰等特点而广泛应用于气体存储、催化、传感、分离以及生物医学等领域。然而,由于MOFs机械强度低,固体呈粉末状等缺陷,使其在某些领域中的应用受到一定限制。由基体和增强体组成的MOFs复合材料因具有原组成材料的综合性能而成为融合MOFs优点并弥补其缺陷的一种新型材料。本文综述近年来MOFs复合材料的研究进展,与MOFs复合的基体或增强体包括聚合物整体、微球、纤维、金属、磁性纳米粒子、氧化石墨、碳纳米管、量子点、光子晶体以及MOFs,并对其今后的发展进行了展望。     

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.     

量子点@金属有机骨架材料的制备及在光催化降解领域的应用

金属有机骨架（Metal-organic Frameworks,MOFs）材料与传统的多孔材料相比,具有结构有序且多样、可调控的孔径尺寸和超高的比表面积等特点,使其在光催化领域得到了广泛的关注。同时,纳米荧光材料量子点（Quantum Dots,QDs）具有良好的光学特性且能够将近红外光转换为可见光,进而可以促进对占太阳光谱较大比例的可见光的吸收,它的出现也推动了光催化领域的发展。但二者作为单一相催化剂本身都存在缺点,限制了其作为光催化剂的进一步应用与发展。近年来,研究者发现将QDs和MOFs材料有效结合形成复合型光催化剂是提高单一相催化剂光催化性能的途径之一,并进行了初步研究,结果表明其催化性能大大提高,在解决环境问题方面有着广阔的应用前景。本文综合国内外现状,围绕QDs@MOFs复合型光催化剂的制备及在光催化降解领域的应用及发展进行了综述。本文还提出了在研究QDs@MOFs复合型光催化剂过程中应注意的关键性问题以及对未来的发展趋势进行了展望。     

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。     

修饰NADH模拟物的金属-有机三元环光催化制氢

将含有不同还原型烟酰烟腺嘌呤二核苷酸(NADH)活性中心模拟物的有机配体H2L1和H2L2与钴离子配位自组装获得2例具有氧化还原活性且带有正电荷的金属-有机大环Co-L1和Co-L2.选择阴离子型钌基光敏剂[Ru(dcbpy)3]4-(dcbpy=2,2'-联吡啶-4,4'-二羧酸)作为光敏中心,金属-有机大环结构作为...     

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。     

一种新型离子型氨基酸金属-有机骨架对有机染料的光催化降解研究

以氨基酸衍生物N-(4-吡啶甲基)-L-缬氨酸盐酸盐[(4L-Hvgly)HCl]作为配体,与ZnSO4·7H2O金属盐通过溶剂挥发法制备出了稳定的离子型氨基酸金属-有机骨架材料Zn-MOF(C1),元素和热重分析证实该晶态材料基本单元包含1∶1的Zn∶ 4L-H2vgly阳离子骨架,氯离子为端基配位;SEM表明其形貌...     

金属-有机骨架材料在催化氨硼烷水解释氢中的研究进展

当前,化石燃料的大量消耗和对能源日益增长的需求推动了可再生和高效能源材料的开发。氢因丰富的来源以及清洁的特性而被视为潜在的能源载体。通过水解氨硼烷制备清洁可再生的氢气是解决能源问题的有效途径之一。开发高效安全的催化剂一直是该领域研究的重点和热点。金属-有机骨架材料（MOFs）因其独特的结构、组成和特性,在氨硼烷水解制氢中有广泛的应用。本文以MOFs材料在催化剂设计制备中的作用为侧重点,综述了不同MOFs材料在催化氨硼烷水解制氢反应中的作用,对其在催化氨硼烷水解制氢应用过程中所存在的问题和今后的发展进行了总结和展望。     

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.     

Stable Zinc-Based Metal-Organic Framework Photocatalyst for Effective Visible-Light-Driven Hydrogen Production

Herein, a new Zn-MOF material, [Zn(L1)(L2)], 1, was built successfully through a one-pot solvothermal method. The 3D MOF structure was determined by Single X-ray diffraction analysis, IR, and elemental analysis. A series of PXRD tests of 1 after being immersed in different solvents and pH solutions demonstrated the good stability of 1. Interestingly, this material displayed high catalytic activity for the visible-light-driven hydrogen generation under the illumination of white LED in pure water or a mixture of DMF and H₂O without additional photosensitizers and cocatalysts. Besides, the studies also showed that the catalytic activity changed constantly as well as the solvent ratio adjustment of DMF and H₂O from 4:6 to 2:8. Additionally, the catalytic activity reached the best value (743 μmol g⁻¹ h⁻¹) when the solvent ratio was 4:6. The heterogeneous nature and recyclability of the MOF catalyst, as well as several factors that affect the catalytic activity, were investigated and described in detail. Moreover, the photocatalytic mechanism for the hydrogen generation of 1 was also proposed based on the fluorescence spectra and UV-vis absorption.     

Amino-Functionalized Titanium Based Metal-Organic Framework for Photocatalytic Hydrogen Production

Photocatalytic hydrogen production using stable metal-organic frameworks (MOFs), especially the titanium-based MOFs (Ti-MOFs) as photocatalysts is one of the most promising solutions to solve the energy crisis. However, due to the high reactivity and harsh synthetic conditions, only a limited number of Ti-MOFs have been reported so far. Herein, we synthesized a new amino-functionalized Ti-MOFs, named NH₂-ZSTU-2 (ZSTU stands for Zhejiang Sci-Tech University), for photocatalytic hydrogen production under visible light irradiation. The NH₂-ZSTU-2 was synthesized by a facile solvothermal method, composed of 2,4,6-tri(4-carboxyphenylphenyl)-aniline (NH₂-BTB) triangular linker and infinite Ti-oxo chains. The structure and photoelectrochemical properties of NH₂-ZSTU-2 were fully studied by powder X-ray diffraction, scanning electron microscope, nitro sorption isotherms, solid-state diffuse reflectance absorption spectra, and Mott–Schottky measurements, etc., which conclude that NH₂-ZSTU-2 was favorable for photocatalytic hydrogen production. Benefitting from those structural features, NH₂-ZSTU-2 showed steady hydrogen production rate under visible light irradiation with average photocatalytic H₂ yields of 431.45 μmol·g⁻¹·h⁻¹ with triethanolamine and Pt as sacrificial agent and cocatalyst, respectively, which is almost 2.5 times higher than that of its counterpart ZSTU-2. The stability and proposed photocatalysis mechanism were also discussed. This work paves the way to design Ti-MOFs for photocatalysis.     

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。     

铂纳米颗粒修饰的多孔卟啉基金属-有机框架化合物高效光催化产氢

通过双溶剂法及其后续的光还原法成功地将2.5 nm的Pt纳米颗粒嵌入到卟啉基金属-有机框架化合物PCN-222的介孔中（Pt@PCN-222）。该复合材料Pt@PCN-222上的卟啉官能团可以有效地吸收可见光并促进光解水制氢,氢气产量为253μmol ·g^-1·h^-1。     

金属有机骨架材料MIL-101及其改性材料去除环境污染物的研究进展

目前我国水环境以及空气面临着严峻的污染形势,许多危害人身体健康的污染物亟待治理。 金属有机骨架作为目前新兴的多孔材料,具有高孔隙率、高比表面积、结构可调性以及不饱和金属位点等特点。 这使得金属有机骨架材料具有一定的环境污染物去除能力。 围绕对苯二甲酸铬金属有机骨架材料(MIL-101)及其功能化修饰的改性材料的结构信息展开,总结了材料的主要合成方法,对功能化修饰的方法和原理进行分析,重点分析了这种材料在环境污染物去除等方面的应用研究进展,包括它在重金属离子、农药、抗生素、有机染料、碘离子等污染物的吸附处理领域的应用, 以及在污染物的监测和环境风险预警方面的应用潜力。 指出了材料在制备成本、反复利用次数、污染物后续处理等方面仍然存在的问题。     

铂纳米颗粒修饰的多孔卟啉基金属-有机框架化合物高效光催化产氢

通过双溶剂法及其后续的光还原法成功地将2.5 nm 的Pt纳米颗粒嵌入到卟啉基金属-有机框架化合物PCN-222的介孔中（Pt@PCN-222）。该复合材料Pt@PCN-222上的卟啉官能团可以有效地吸收可见光并促进光解水制氢,氢气产量为253 μmol ·g^-1·h^-1。     

Hydrophilic Conjugated Materials for Photocatalytic Hydrogen Evolution

Photocatalytic hydrogen evolution is viewed as a promising green strategy to utilize the inexhaustible solar energy and provide clean hydrogen fuels with zero‐emission characteristic. The nature of semiconductor‐based photocatalysts is the key point to achieve efficient photocatalytic hydrogen evolution. Conjugated materials have been recently emerging as a novel class of photocatalysts for hydrogen evolution and photocatalytic reactions due to their electronic properties can be well controlled via tailor‐made chemical structures. Hydrophilic conjugated materials, a subgroup of conjugated materials, possess multiple advantages for photocatalytic applications, thus spurring remarkable progress on both material realm and photocatalytic applications. This minireview aims to provide a brief review of the recent developments of hydrophilic conjugated polymers/small molecules for photocatalytic applications, and special concern on the rational molecular design and their impact on photocatalytic performance will be reviewed. Perspectives on the hydrophilic conjugated materials and challenges to their applications in the photocatalytic field are also presented.     

二硫化钼基复合材料的合成及光催化降解与产氢特性

随着环境污染和能源短缺的加剧,无污染环境修复技术及清洁能源替代工程已成为一项重要而紧迫的任务。作为层状结构的过渡金属硫化物,二硫化钼带隙较窄,边缘具有高的反应活性,容易与其他物质形成复合结构,是近年来光催化环境修复及清洁能源领域的研究热点。本文详细介绍了半导体二硫化钼及其复合物的合成方法和光催化降解与产氢行为,重点阐述了二硫化钼及其复合物的具体复合方式、光催化降解污染物活性、光催化产氢活性以及具体的降解与产氢机理等方面的内容,并举例说明。二硫化钼及其复合物在光催化降解污染物和光催化产氢方面具有绿色、廉价、高效等优点,在环境修复及清洁能源领域具有巨大的潜力和应用发展前景。     

金属有机骨架材料ZIF-8富集黄芩中黄芩苷的新方法

本工作旨在探索MOFs材料高效富集黄芩中黄芩苷的新方法,拓展MOFs在吸附领域的用途.溶剂热法合成了沸石咪唑酯骨架-8（ZIF-8）,并进行了结构表征,以确保其准确合成.研究了ZIF-8对黄芩苷的吸附规律和作用机理：ZIF-8对黄芩苷的吸附符合准二级动力学方程,平衡吸附数据符合Langmuir吸附等温模型.采用响应面法（RSM）得到优化后的最佳吸附参数,在此条件下,ZIF-8对黄芩中黄芩苷的吸附率高达98.22%,且对黄芩中其它成分吸附效果不显著,以pH 6.8的PBS溶液作解吸液,ZIF-8对黄芩苷的解吸率为62.46%,而黄芩苷的纯度由吸附前的21.55%提高到解吸后的64.27%,且ZIF-8在吸附前后稳定性良好,回收率达到83.50%.因此,ZIF-8在吸附纯化黄芩苷方面具有潜在的应用价值.     

多酸@金属-有机骨架材料的制备及其在废水处理中的应用

废水中的污染物由于其成分复杂、生物毒性大和难降解等特点,危害人体健康,因此,寻找开发一些能有效去除废水中的剧毒和难降解污染物的吸附剂成为亟待解决的问题.金属-有机骨架材料(MOFs)由于结构有序且多样、拓扑结构丰富、孔隙度超高、比表面积大、骨架结构稳定和易于掺杂其他组分等特点,使其在吸附领域得到了广泛的关注.多金属氧酸...