金属有机骨架材料MOF-5上噻吩硫化物的吸附分离

将金属有机骨架材料应用于燃油深度脱硫研究。采用水热法合成了金属有机骨架材料MOF-5,利用XRD、N2吸附和SEM等技术对其结构进行了表征。通过测定固定床吸附穿透曲线,考察了模型燃油类型对MOF-5吸附分离噻吩效果的影响。结果表明,MOF-5对硫化物的吸附容量超过了文献报道;在脂肪油中其穿透容量和饱和容量质量分数分别为0.90%和1.92%,在芳香模型物质中其穿透容量和饱和容量质量分数分别为0.64%和1.72%。通过采用与活性炭分层填装吸附柱技术,解决了溶解水对脱硫的影响,为吸附脱硫技术提供了新思路。     

碱性金属修饰金属有机骨架材料MOF-5吸附位点及其常态下分离二氧化碳/甲烷的应用

利用“一步法”合成并表征了4种碱性金属修饰的金属有机骨架材料MOF-5(记作M-MOF-5,M=Li,Na,K,Mg)。 并应用理想溶液吸附理论(IAST)对样品吸附选择性进行计算比较。 结果表明,碱性金属掺入可以降低MOF-5材料骨架结构的“互穿”程度,同时,在常温常压下,M-MOF-5对CO₂/CH₄的吸附选择性相对MOF-5(选择性为3.79)有着显著提高,尤其是Li-MOF-5(选择性为7.39)。 此外,Li-MOF-5的CO₂捕获能力相对MOF-5也有提高。     

金属有机骨架材料MOF-5吸附苯并噻吩性能

苯并噻吩类硫化物的脱除是燃油实现深度脱硫的关键。实验研究了典型的金属有机骨架材料MOF-5吸附苯并噻吩性能。结果表明,MOF-5对模型油中苯并噻吩的吸附动力学过程满足拟二级动力学模型。Langmuir、Freundlich和Dubinin-Radushkevich (D-R) 三种等温吸附模型均可较好地描述MOF-5对苯并噻吩的等温吸附行为 (Freundlich>D-R>Langmuir)。热力学参数表明,MOF-5对苯并噻吩的吸附是自发的吸热吸附过程。     

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.     

MOF-177对金属富勒烯的吸附选择性研究

采用电弧放电法制备了3种金属富勒烯Sc3N@C78-D3h,Sc3N@C80-Ih和Sc2C2@C82-Cs,并用溶剂热法合成了金属-有机骨架材料MOF-177.利用紫外-可见分光光度计和高效液相色谱对甲苯溶液中MOF-177吸附金属富勒烯的过程进行了观察和表征.通过比较其紫外-可见吸光强度和色谱图,发现MOF-177...     

缺陷MOF-74的合成以及其对Al3+和Sn2+荧光传感能力的研究

在发光金属有机骨架中引入适度缺陷可以调节材料的荧光性能,增强其对分析物的荧光检测能力。本文以三乙胺作为调节剂,通过配位调制的方法得到了缺陷金属有机骨架MOF-74-TEA,借助XRD、IR和SEM等表征手段对结构和形貌进行了详细表征,用荧光光谱法研究了其对Al³⁺和Sn²⁺的识别能力。与无缺陷MOF-74-1相比,MOF-74-TEA提高了对Al³⁺和Sn²⁺的检测灵敏度,并且提高了其对Al³⁺检测的线性范围。其原因可能是缺陷的引入增强了分析物在材料中的扩散和传质,材料活性作用位点的增多使其与金属离子作用力更强,配体-金属电荷转移效率更高。     

抗肿瘤药物在金属有机骨架中的装载及体外释放

以三乙胺直接加入法制备金属-有机骨架MOF-5, 采用X射线粉末衍射(XRD), 红外光谱(IR)和热重分析(TG)对所得样品进行表征. 分别以辣椒素和5-氟尿嘧啶(5-Fluouourail, 5-FU)为模型药物, 研究了MOF-5对2种药物的载药及体外释药性能. 通过将所得样品的XRD和IR谱图与标准谱图比对确定了样品的结构. TG结果表明, 所制备的MOF-5热稳定性良好. MOF-5对辣椒素的最高载入量达0.592 g/g载体, 对5-FU的最高载入量为0.315 g/g载体, 两种载药体系的体外释药均为明显的两相模式. 体外细胞毒性实验结果表明, MOF-5具有良好的生物相容性.     

官能团修饰对MOF-5的气体分子吸附影响

采用紧束缚近似计算方法,研究了金属有机骨架(MOF-5)和不同官能团(―NO2,―NH2,―CH3,―OZn)修饰后的MOF-5不同吸附位点的CO2等温室气体和部分工业废气吸附性能以及对不同气体的选择性吸附能力.结果表明,对于未修饰的MOF-5,位点I和II是主要的吸附位点,最大吸附能可达-0.25eV.官能团修饰提高了MOF-5对CO2的吸附能力,其与官能团活性和局部位型密切相关.其中―NO2修饰使各位点的CO2吸附能力都有一定提高.同时,―NO2修饰后MOF-5对空气环境(O2,N2,H2O,CO2),工业废气环境(CO2,CO,NO,NO2,SO2,SO3)中不同气体有明显的选择性吸附能力.     

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.     

提高金属有机骨架材料在二氧化碳热催化转化中的性能:策略及前景展望

近年来,大气中CO2的浓度不断增加,带来全球变暖等一系列严重后果,成为国际社会共同关注的环境问题.将CO2催化转化为高附加值化学品可有效降低其向大气中的排放,同时可实现其资源化利用,符合低碳社会的发展目标.目前,已有多种催化体系实现了CO2向不同化学品的转化.然而,由于CO2自身的热力学稳定性和动力学惰性,这些转化通常需要在苛刻的反应条件和较高能耗下进行.设计开发高效催化体系、实现温和条件下CO2的转化利用引起了工业界和学术界的广泛兴趣.金属有机骨架材料(MOFs)是一类由有机配体和金属中心通过配位键组装而成的有机-无机杂化材料,在很多方面展现出良好的应用性能.由于其结构的多样性、可设计性、高比表面积和多孔性等独特性质,MOFs在催化领域吸引了很多研究者的关注.其中,MOFs作为非均相催化剂在CO2热催化转化中表现出良好的应用前景,已实现多种CO2向高值化学品的转化路径.但这些催化体系也存在一些缺点,如有些MOFs材料在催化反应中稳定性差以及其微孔性对反应中的传质造成限制等.因此,设计稳定的MOFs和MOF-基材料并对其结构进行优化改性,从而在温和条件下实现高效的CO2转化具有重要意义.本文综述了提高MOFs在CO2热催化转化反应中性能的几种策略:(1)对MOFs结构中的配体进行设计,包括具有活性官能团的配体、活性配合物作为配体和引入混合配体设计多元MOF;(2)调节MOFs结构中的金属中心,设计混合金属中心和包含活性金属团簇的金属中心;(3)构筑多级孔MOFs;(4)设计MOF-基的复合材料,包括MOFs作为载体与金属纳米颗粒、活性配合物和聚合物构建复合材料;(5)利用MOFs作为前驱体制备MOF-基衍生物材料,重点阐述了如何增加MOFs作为非均相催化剂的催化活性位点以及在CO2转化反应中各位点之间的协同作用.此外,介绍了原位表征技术在MOF-基材料用于CO2固定和转化中的应用.最后,分析了MOF-基非均相催化材料在CO2热催化转化领域目前面临的问题和挑战,包括MOFs材料结构优化、催化机理研究和规模化制备等方面,并对未来的发展趋势进行了展望.     

MOF-808/BiOCl复合材料的制备及其光催化性能

将高稳定性的MOF-808与BiOCl结合,采用简便的水热法制备出新型MOF-808/BiOCl复合异质结材料。以环丙沙星(CIP)为污染物,探究复合材料MOF-808/BiOCl对CIP的光催化性能。发现含有10% MOF-808的复合材料(MOF-808/BiOCl-10%)表现出最佳的光催化活性。在紫外光照射20 min内,MOF-808/BiOCl-10%对CIP的光催化降解效率高达94.7%。通过X射线粉末衍射、扫描电镜、红外光谱、荧光光谱、紫外可见漫反射光谱、光电流、电化学阻抗等表征技术来考察材料的物相组成、形貌以及光电化学性质。紫外可见漫反射光谱的结果表明,MOF-808/BiOCl-10%材料光吸收范围得到提高。同时进行了自由基捕获实验。基于以上实验数据,提出了MOF-808/BiOCl复合材料可能的光催化机理。     

磷钼钨杂多酸修饰金属有机骨架MOF-5复合材料吸附亚甲基蓝

采用水热合成法,在合成金属有机骨架MOF-5的过程中引入活性组分磷钼钨杂多酸(H₆P₂Mo₁₅W₃O₆₂),制备出一种新型吸附剂H₆P₂Mo₁₅W₃O₆₂/MOF-5。 利用H₆P₂Mo₁₅W₃O₆₂/MOF-5材料对亚甲基蓝溶液进行了材料的吸附性能研究,探讨了亚甲基蓝溶液的初始pH值和初始浓度以及不同吸附温度对吸附量的影响。 结果表明,在较低的温度和亚甲基蓝溶液较低的初始pH值的条件下,有利于H₆P₂Mo₁₅W₃O₆₂/MOF-5对亚甲基蓝的吸附。 实验结果能够较好地符合Langmuir吸附等温式以及二级动力学模型,对亚甲基蓝的最大吸附量可达401.6 mg/g。 热力学参数ΔG<0、ΔH<0和ΔS>0,表明H₆P₂Mo₁₅W₃O₆₂/MOF-5对亚甲基蓝的吸附过程是自发、放热的。 此外,还探讨了H₆P₂Mo₁₅W₃O₆₂/MOF-5对甲基紫、孔雀石绿、罗丹明B和甲基橙等其它染料的吸附性能,结果表明,H₆P₂Mo₁₅W₃O₆₂/MOF-5对阳离子染料有较好的吸附效果。     

Methyl modified MOF-5: a water stable hydrogen storage material

Water stable methyl modified MOF-5s have been synthesized via a solvothermal route. Methyl- and 2,5-dimethyl-modified MOF-5s show the same topology and hydrogen uptake capability as that of MOF-5. The H(2) uptake capacity of MOF-5, however, drops rapidly when exposed to the ambient air, whereas the H(2) uptake capacities of the methyl modified MOF-5s remain stable for 4 days.     

Enhanced Hydrostability in Ni-Doped MOF-5

Ni-doped MOF-5s were successfully synthesized for the first time via solvothermal crystallization process to enhance the hydrostability. Several characterization techniques, including X-ray diffraction (XRD), thermogravimetrical analysis (TGA), scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive spectroscopy instrument (EDS), inductively coupled plasma (ICP), infrared spectroscopy (IR), atomic sorption, diffuse-reflectance UV-vis spectroscopy, and gas sorption measurement, strongly support the effective incorporation of Ni(II) ions into the framework. The results demonstrated that the Ni-doped MOF-5s not only exhibit larger Langmuir specific surface areas and larger pores than the undoped MOF-5, but also significantly enhance water resistance of the framework. The H(2) uptake capacity of undoped MOF-5 drops rapidly when exposed to the ambient air, whereas the H(2) adsorptions of the Ni-doped MOF-5s remain stable for 4 days.     

The inconsistency in adsorption properties and powder XRD data of MOF-5 is rationalized by framework interpenetration and the presence of organic and inorganic species in the nanocavities

MOF-5 is the archetype metal-organic framework and has been subjected to numerous studies the past few years. The focal point of this report is the pitfalls related to the MOF-5 phase identification based on powder XRD data. A broad set of conditions and procedures have been reported for MOF-5 synthesis. These variations have led to materials with substantially different adsorption properties (specific surface areas in the range 700 to 3400 m(2)/g). The relatively low weight loss observed for some as synthesized samples upon solvent removal is also indicative of a low pore volume. Regrettably, these materials have all been described as MOF-5 without any further comments. Furthermore, the reported powder XRD patterns hint at structural differences: The variations in surface area are accompanied by peak splitting phenomena and rather pronounced changes in the relative peak intensities in the powder XRD patterns. In this work, we use single-crystal XRD to investigate structural differences between low and high surface area MOF-5. The low surface area MOF-5 sample had two different classes of crystals. For the dominant phase, Zn(OH)2 species partly occupied the cavities. The presence of Zn species makes the hosting cavity and possibly also adjacent cavities inaccessible and thus efficiently reduces the pore volume of the material. Furthermore, the minor phase consisted of doubly interpenetrated MOF-5 networks, which lowers the adsorption capacity. The presence of Zn species and lattice interpenetration changes the symmetry from cubic to trigonal and explains the peak splitting observed in the powder XRD patterns. Pore-filling effects from the Zn species (and partly the solvent molecules) are also responsible for the pronounced variations in powder XRD peak intensities. This latter conclusion is particularly useful for predicting the adsorption properties of a MOF-5-type material from powder XRD.     

Room temperature synthesis of metal-organic frameworks: MOF-5, MOF-74, MOF-177, MOF-199, and IRMOF-0

Room temperature synthesis of metal-organic frameworks (MOFs) has been developed for four well-known MOFs: MOF-5, MOF-74, MOF-177, and MOF-199. A new isoreticular metal framework (IRMOF), IRMOF-0, having the same cubic topology as MOF-5, has been synthesized from acetylenedicarboxylic acid using this method to accommodate the thermal sensitivity of the linker. Despite acetylenedicarboxylate being the shortest straight linker that can be made into an IRMOF, IRMOF-0 forms as a doubly interpenetrating structure, owing to the rod-like nature of the linker.     

Proton and water activity-controlled structure formation in zinc carboxylate-based metal organic frameworks

The contributions of terephthalic acid and Zn(2+)-coordinated water in N,N-diethylformamide (DEF) to the overall proton activity in the synthesis of MOF-5 (Zn4O(BDC)3, BDC = 1,4-benzenedicarboxylate) were quantitatively determined by combined electrochemical and UV-vis spectroscopic measurements. Structural transformations of zinc carboxylate-based metal organic frameworks due to their exposure to environments with variable water concentrations and the chemical means necessary to revert these transitions have been investigated. It was found that the water-induced structural transition of MOF-5 to the hydroxide structure Zn3(OH)2(BDC)2 x 2 DEF (MOF-69c) can be reverted by a thermal treatment of the obtained compound and its subsequent exposure to anhydrous DEF. MOF-5 syntheses from simple carboxylates as well as a water-free synthesis based on nitrate decomposition are presented. The latter demonstrates that nitrate can serve as the sole source for the oxide ion in MOF-5.