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.     

机器学习筛选用于气体吸附分离和存储的金属有机骨架材料

金属有机框架（Metal-organic framework ,MOF）因其高孔隙率、高比表面积和结构可调性,在气体吸附分离领域广泛应用。随着MOF数量激增,传统分子模拟和实验方法验证MOF性能成本高且速度慢,因此目前MOF筛选工作已转向高通量计算辅助的机器学习（Machine-learning,ML）。机器学习作为一种高效的大数据处理方法,能够在高通量筛选（High-Throughput Computational Screening,HTCS）的基础上对数据进行拟合,从而快速而准确地筛选出气体吸附分离材料,并深入挖掘其结构与性能之间的关系。本文回顾了近年机器学习应用于MOF筛选的研究。本文重点讨论了一些运用机器学习从大量结构中筛选出可用于CH4、H2和CO2等气体吸附分离与储存的MOF材料的工作。同时,我们梳理了当前MOF材料筛选工作中的研究思路和进展,并指出了机器学习在筛选MOF材料工作中面临的一些瓶颈和挑战。最后,对该领域的未来发展前景进行了展望。     

金属有机骨架材料在吸附分离大气污染物中的应用

大气污染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.因此需要开发高效的吸附材料用于大气污染物的吸附和分离.金属有机骨架材料(MOFs)是一类新型的多孔材料,该材料具有结构多样、孔结构有序、大比表面积和高孔隙率等结构特点.MOFs通过调节有机配体的长度和官能团调节孔径和孔道尺寸,并进行功能化修饰在孔道中引入功能性...     

金属有机骨架材料的薄膜化研究#

金属有机骨架材料(MOFs)有着有序的孔道、丰富的结构及功能多样性,在气体分离、储存、催化和传感等方面具有潜在的应用前景,受到科学界的广泛关注。但是MOF晶体具有脆性,容易碎裂,不溶于溶剂,而且不能像高分子一样熔融后热塑成型,常用的压片加工方法得到的样品仍然较易粉化。这些性质极大地制约了MOFs在工业领域的发展和应用。在此,我们向传统的高分子材料学习,把MOFs加工成薄膜、纤维等,并发展了原位聚合法、光引发合成后聚合法、热压组装法、静电纺丝法等一系列方法。从微观结构的设计着手来研究膜的结构与性质的关系,通过不同的方法赋予MOF膜在电化学、分离、检测和安全防护等方面独特的功能和性质,并进一步探索其工业化生产的方法和可能性。     

用XPS研究兖州煤各显微组分中有机硫存在形态

应用ＸＰＳ（Ｘ射线光电子能谱）法研究了兖州煤显微组有机硫的存在形态。按密度不同分离出的兖州煤中各显微且分内的有机硫存在形态是有差异的。据ＸＰＳ分析，稳定组中含有大量的硫砜、硫醚含硫化合物，噻吩型硫闪之；镜质组中硫、硫醚与脂肪族硫化物含量相当；惰性组中噻吩型硫与硫醚和硫醇型硫各占有机硫的一半。噻吩型硫在充州煤各显微组分中，随密度增加。含量有所减少，硫醚、硫醇及二硫化物的含量也有类似的趋势。这些结果将     

机器学习辅助高通量筛选金属有机骨架材料

金属有机骨架(Metal-organic Frameworks, MOFs)材料具有高比表面积、大孔容和可调控合成等优点,在气体储存、吸附分离、催化等领域受到了广泛关注,近年来其数量呈爆炸式增长的趋势。而高通量计算筛选(High-throughput Computational Screening, HTCS)是从大量材料中发现高性能目标材料与挖掘构效关系最有效的研究方法。在高通量计算筛选过程中产生的数据具有量大、维度多等特点,尤其适合采用机器学习(Machine Learning, ML)进行训练,从而进一步提升筛选效率、深入挖掘多维数据间的构效关系。本综述概述了机器学习辅助高通量筛选金属有机骨架材料的一般流程与常用方法,包括常用描述符、算法与评价标准等,对其在气体储存、分离及催化等领域的研究进展进行了总结,以此明确当前研究中面临的挑战与后续发展方向,助力MOFs材料设计研发。     

丙二胺缩乙酰丙酮单席夫碱、咪唑金属配合物的XPS与电子结构分析

对6个丙二胺缩乙酰丙酮单席夫碱、咪唑（苯并咪唑）金属配合物进行了XPS分析，得到了配合物在生成过程中金属离子M(Cu^2 、Ni^2 、Co^2 ）的2p轨道、配位体N原子的1s轨道能级的变化道；观察到咪唑或苯并咪唑配位后，其环上另一个非配位的胺N原子向亚胺型N原子状态过渡。     

Cu-NIC-TMED富集黄芩中黄芩苷的规律及机理

以烟酸(NIC)为配体制备了金属-有机骨架材料(MOFs)铜-烟酸-四甲基乙二胺配位聚合物(Cu-NICTMED),并将其用于黄芩中黄芩苷的吸附、分离和纯化,建立了一种无毒无害、环境友好、流程简化且效率较高的提取方法.采用溶剂热法合成Cu-NIC-TMED,然后对其进行结构表征,以实现适当的配位及准确合成.研究了Cu-NIC-TMED吸附黄芩苷的规律和机理:该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.同时,通过对响应面(RSM)进行优化得到最佳吸附参数.在最佳吸附参数条件下, Cu-NIC-TMED对黄芩中黄芩苷的吸附率高达84.08%,且对黄芩中其它成分的吸附效果微乎其微.使用pH=6.8的磷酸盐缓冲溶液（PBS）作为解吸溶液, Cu-NIC-TMED解吸黄芩苷的解吸率为41.24%,黄芩苷的纯度由吸附前的21.55%提高到解吸后的75.77%, Cu-NIC-TMED在吸附前后具有良好的稳定性,回收率达到78.64%.因此, Cu-NIC-TMED在黄芩苷的吸附纯化中具有应用价值.     

软X射线光谱的第一性原理模拟(英文)

软X射线光谱是通过核激发或去激发以探测分子、表面及各种化合物的电子结构和化学结构的有效的测量技术。本文对基于密度泛函理论描述X射线吸收、发射的各种不同过程的计算方法进行了综述。重点讨论了各种方法的基本原理、实际操作和具体应用。提供了K边X射线光电子能谱、吸收和发射光谱详细的模拟细节以及一些代表性体系的算例(包括分子、富勒烯、碳纳米管、单层石墨和DNA链)。     

沸石咪唑酯骨架结构材料ZIF-8催化Friedel-Crafts酰基化反应(英文)

A zeolite imidazolate framework,ZIF-8,was synthesized and characterized by dynamic laser light scattering,X-ray powder diffraction,scanning electron microscopy,transmission electron microscopy,thermogr...     

金属-有机骨架材料的改性方法及其光催化制氢应用

能源问题一直是关乎人类命运的重要问题,光催化制氢被认为是有望解决这一问题的潜在途径之一.金属有机框架(MOFs)由于其多孔、高比表面积、带隙可调等特性,在光催化制氢方面得到了广泛关注.我们综述了近些年来在金属-有机骨架材料光催化制氢领域的各种改性方法 ,包括修饰有机连接配体、修饰金属中心、金属纳米粒子沉积、染料敏化与其他功能材料结合等.概括了改性后的MOFs光催化制氢性能,指出了MOFs基光催化制氢存在的问题和可能的解决思路,并展望了MOFs基光催化制氢剂的绿色未来.     

金属有机骨架材料构建环丙沙星电化学传感器的研究

本文通过水热合成法合成了钴-对苯二甲酸金属有机骨架材料Co(BDC),并将其与聚丙烯酸钠(PAAS)混合后修饰到玻碳电极(GCE)表面,制得电化学传感器Co(BDC)-PAAS/GCE,通过循环伏安法和差分脉冲法研究了传感器的响应性能,并用于水产品中环丙沙星(CIP)检测.结果 表明,在碱性条件下,Co(BDC)-PA...     

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.     

A Two-dimensional Covalent Organic Framework for Iodine Adsorption

Radioactive iodine is a notorious pollutant in gas radioactive nuclear waste due to its radiation hazard, volatility, chemical toxicity, and high mobility. Therefore, developing a material with high efficiency-specific iodine capture is significant. Covalent organic framework(COF) has attracted significant attention as a new crystalline porous organic material. Due to its large specific surface and high chemical stability, it is an excellent alternative to adsorbents. Herein, we report a chemically stable two-dimensional COF(termed JUC-609) with specific adsorption of iodine. Adsorption experiments show that JUC-609 has an excellent iodine adsorption capacity as high as 5.9 g/g under 353 K and normal pressure condition, and iodine adsorption after multiple cycles is still maintained. Our study thus promotes the potential application of COFs in the field of environment-related applications.     

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。     

A Three-dimensional Covalent Organic Framework for CO2 Uptake and Dyes Adsorption

Environmental pollution is one of the most severe problems facing today, including water pollution and the greenhouse effect. Therefore, developing materials with high-efficiency dyes adsorption and CO₂ uptake is significant. Covalent organic frameworks(COFs), as a burgeoning class of crystalline porous polymers, present a promising application potential in areas related to pollution regulation due to their exciting surface properties. Herein, we report a 3D COF with a high specific surface area(BET about 2072 m²/g) by utilizing tetrahedral and rectangle building blocks connected through[4+4] imine condensation reactions to synthesize. The obtained COF not only can separate dyes from water effectively but also shows a remarkable CO₂ uptake capacity. This research thus provides a promising material to remove dyes and adsorb CO₂ in environmental remediation.     

一种新型酰胺功能化的共价有机框架用于选择性染料吸附

共价有机框架(covalent organic framework, COF)是一种由轻质元素(C、H、O和N)以共价键的形式连接组成的结晶多孔聚合物,由于其具有规则的孔道、可修饰的骨架以及良好的稳定性而被广泛应用于不同的领域.尤其是将含氮的功能基团连接到COF的骨架中,可以为其吸附特定的染料提供丰富的活性位点.基于此,本工作成功制备了一种酰胺功能化的二维共价有机框架材料(JUC-578),通过一系列的表征证明了该材料具有高的结晶度、均一规整的形貌以及开放的一维介孔孔道.更重要的是,发现JUC-578可以选择性地吸附阳离子染料,并且可以多次循环利用.这主要归因于骨架中的氮作为电子给体与缺电子的染料之间的静电作用以及其他弱相互作用(氢键、偶联作用等).与此同时,JUC-578高的结晶度和有序的孔道也是实现可逆吸附染料非常重要的因素.     

基于半刚性配体的柔性超微孔金属有机骨架的合成及其尺度选择性二氧化碳捕获

基于半刚性的配体3′,5′-di(1H-1,2,4-triazol-1-yl)-(1,1′-biphenyl)-3,5-dicarboxylic acid (H₂DTBDA)和硝酸钴制备了一个柔性超微孔的金属有机骨架{[Co(DTBDA)]·4H₂O}_n (FJI-H35),并对该材料的结构进行了系统的表征。FJI-H35活化以后可以发生自适应的结构转变,使得孔径从0.43 nm收缩到0.37 nm。气体吸附测试表明FJI-H35可以从氮气和甲烷中选择性捕获二氧化碳,具有很高的吸附选择性和相对低的吸附焓。突破实验进一步证实FJI-H35可以从二氧化碳/氮气(15∶85,V/V)和二氧化碳/甲烷(50∶50,V/V)混合气中高效选择性捕获二氧化碳。     

基于半刚性配体的柔性超微孔金属有机骨架的合成及其尺度选择性二氧化碳捕获

基于半刚性的配体3'',5''-di(1H-1,2,4-triazol-1-yl)-(1,1''-biphenyl)-3,5-dicarboxylicacid(H₂DTBDA)和硝酸钴制备了一个柔性超微孔的金属有机骨架{[Co(DTBDA)]·4H₂O}_n(FJI-H35),并对该材料的结构进行了系统的表征。FJI-H35活化以后可以发生自适应的结构转变,使得孔径从0.43nm收缩到0.37nm。气体吸附测试表明FJI-H35可以从氮气和甲烷中选择性捕获二氧化碳,具有很高的吸附选择性和相对低的吸附焓。突破实验进一步证实FJI-H35可以从二氧化碳/氮气(15∶85,V/V)和二氧化碳/甲烷(50∶50,V/V)混合气中高效选择性捕获二氧化碳。