金属有机框架材料在CO2化学固定中的应用

作为大气中的主要温室气体,CO₂在世界范围内引发了一系列与环境和能源有关的问题。因此,迫切需要开发多种方法来捕获CO₂并将其转化为有用的化工产品,从而有效改善环境,促进可持续发展。在过去的几十年中,金属有机框架(MOFs)材料由于其多活性位点、高比表面积、结构可修饰、易于功能化而表现出突出的多相催化性能。这些特性赋予了MOFs催化剂在CO₂化学固定领域独特的优越性。本文综述了MOFs催化剂在CO₂参与的有机合成反应中的应用,如CO₂与环氧化物、末端炔、炔丙醇、炔丙胺等发生的化学反应,并重点阐述了MOFs中不同种类催化位点与反应性能之间的构效关系。     

功能化金属有机框架材料催化二氧化碳转化研究进展

作为主要温室气体,二氧化碳(CO2)导致了全球变暖与海洋酸化,同时CO2也是重要的C1资源.在温和条件下,利用催化剂将CO2高效、高选择性地转化为具有高附加值的化学品,对缓解CO2给气候变化带来的负面影响和减少对化石能源的依赖具有重要意义.作为一类新兴的多孔晶态材料,金属-有机框架(metal-organic fram...     

表面配位金属-有机框架薄膜HKUST-1在光电应用中的研究进展北大核心CSCD

金属-有机框架(MOFs)作为一种无机-有机杂化材料,由于其结构的多样性和独特的功能而在众多领域有着潜在的应用价值。尤其是液相外延层层组装的MOFs薄膜(称为表面配位MOFs薄膜,SURMOFs)因其具有可控的厚度、优选的生长取向以及均匀的表面等优点备受关注。本文总结了液相外延(LPE)层层组装MOFs薄膜的技术方法,如层层浸渍法、层层泵式法、层层喷雾法、层层旋涂法等组装方法,并介绍了经典的SURMOF HKUST-1的层层组装策略以及其在光致发光、光致变色、光催化以及电催化方面的相关应用。HKUST-1是经典的SURMOF材料之一,在光电领域具有广泛的应用,SURMOF HKUST-1具有以下独特的性能:可以作为发光载体实现良好的光学性能;具有独特的Cu催化活性位点的优势,有效地降解水中的污染物;因其具有介电特性而在电子器件方面有着潜在的应用。虽然HKUST-1在许多方面均具有独特的性能,但也面临着一些挑战:需要将薄膜的合成步骤简单化;薄膜结构和电催化行为间的机理也需要进一步的研究;降低HKUST-1的内阻的方法也需要进行改进。SURMOFs在大规模工业应用和扩展到其它未探索的领域还任重道远。     

金属-有机框架衍生的中空碳材料及其在电化学能源存储与氧还原领域中的应用

金属-有机框架材料(metal-organic frameworks,MOFs)是一类由金属离子或金属团簇与有机配体通过配位键连接形成的具有周期性网络结构的多孔配位聚合物。这类材料通常具有孔道规整、比表面积大、孔隙率高、结构可设计及孔壁易修饰等特点,诸多的优点使得MOFs的研究从配位化学跨越到多个学科领域,成为当前多学科交叉前沿热点之一。近来的研究发现,以MOFs为前驱体碳化后制得的碳材料可保留MOFs的大比表面积和多孔结构,同时可以实现均匀的杂原子(如N、P、S、B等)掺杂,而且通过选择合适的MOFs前驱体可调控产物的组成和形貌尺寸,这些显著的结构特征使其具备了成为高性能功能性材料的潜力。最近,以MOFs为模板或前驱体制备的中空碳材料引起了人们的广泛关注,这主要是因为中空结构可有效缓解材料在电化学过程中产生的体积变化及受到的冲击,而且中空结构可暴露出更多的活性位点,具有快速的传质过程,使得材料发挥出最优性能,故而此类材料可被用在二次电池、电容器、电催化等多种电化学器件和多个领域中。基于此,本文综述了MOFs衍生的中空碳材料在储能器件及电催化领域的研究进展,主要包括锂离子电池、锂硫/硒电池、钠离子电池、超级电容器、电催化氧还原等领域,并对这类材料当前面临的挑战及未来的发展趋势进行了阐述。     

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.     

金属-有机框架HKUST-1膜在气体分离中研究进展※

发展高效、绿色且节能的物质分离与纯化技术具有重要意义, 气体分离更是在工业、能源、医疗及科技等领域有着广泛的应用. 传统的聚合物膜在实现高效气体分离方面还面临许多挑战, 新型分离膜材料的开发是当前研究热点和难点. 金属-有机框架(Metal-Organic Frameworks, MOFs)材料作为一种新兴多孔配位聚合物, 由于其具有独特可设计的拓扑结构以及可调节的功能而受到科学家们的广泛关注. 为了克服粉体或块体MOFs很难被高效用于气体分离的难题, 开发可用于分离的MOFs膜材料是一项具有重要意义且具有挑战性的任务. HKUST-1作为一种代表性的MOFs材料, 由于其结构稳定且原料经济并具有多级孔径的结构, 常被用作制备成膜材料用于气体分离的研究和实际应用. 总结了近十年HKUST-1膜的制备方法及其气体分离性能的研究进展, 并对这个方向的研究提出了自己的看法和展望.     

金属有机骨架材料在二氧化碳加氢中的应用

大气中二氧化碳(CO_2)浓度的急剧增加引起了人们的关注,并提出了许多将CO_2转化为高价值化学品的策略。金属有机框架材料(MOFs)由于其独特的孔隙率、大的比表面积、丰富的孔结构、多活性中心、良好的稳定性和可回收性,可用于二氧化碳的捕获和催化转化。基于晶体多孔材料的金属有机骨架(MOF)设计和合成的各种功能纳米材料可以作为多相催化剂或载体/前体来应对这些挑战。在本文中,笔者将主要关注MOFs在催化二氧化碳加氢领域的最新研究进展,包括催化加氢制备一氧化碳、甲烷、甲酸、甲醇和烯烃,分析了基于MOFs的催化剂的合成方法和提高催化活性的原因。介绍了提高新型MOF材料的催化活性和探索新的CO_2转化可行的策略。讨论了MOF型催化剂在CO_2化学转化中的主要挑战和机遇,对本研究领域中进一步的发展进行了简要的展望。     

二氧化碳固定研究的最新进展

金属元素和CO2形成配合物已有详尽的综述，介绍近年来用过渡金属催化固定 CO2以及利用有机胺、醇类化合物固定CO2生成有机的最新研究进展。     

MOF基水凝胶材料的制备及其应用

近年来,金属-有机骨架材料(MOFs)因为具有优异的骨架结构、丰富的孔隙度和多功能性,吸引了众多研究者的注意,各种各样的MOFs材料和MOF基复合材料被研制。但是由于MOFs大多以晶体和粉末的形式存在,其本身的刚性和易碎性限制了它的实际应用,同时MOFs在溶液中的不稳定性会导致材料的分解,一些高结晶度的MOFs还十分脆弱易碎且不易加工,因此有研究者将MOFs与水凝胶相结合,开发出许多具有优异性能的MOF基水凝胶材料。本文综述了MOF基水凝胶材料近年的研究进展,重点介绍了MOF基水凝胶的种类及其与其他材料的协同作用,讨论了MOF基水凝胶在传感、催化、水处理、伤口敷料和药物载体等方面的优势。MOF基水凝胶具有的可加工性、稳定性、易处理性为MOFs在实际应用中的研究具有指导意义。我们概述了纯MOF水凝胶、MOF@生物有机大分子水凝胶、MOF@生物相容性水凝胶,其他MOF基复合水凝胶的最新进展以及这些复合材料的应用。     

MOF-5负载Pd催化剂的制备及其催化性能初探

用水合肼还原Pd2+并将其负载在MOF-5上,制得了新型的Pd/MOF-5催化剂,采用XRD、氮吸附、SEM、TEM等多种手段对其进行了表征,催化剂的Pd纳米粒子尺寸在3~6nm之间。初步研究了该催化剂对催化卤代芳烃与芳基硼酸之间的Suzuki-Miyaura偶联反应的反应条件和催化性能,该催化体系具有反应条件温和、无需氮气保护和添加配体、产率优良等优点,催化剂循环利用5次仍然保持较高催化活性,平均产率超过90%。     

离子交换对usf-ZMOF二氧化碳吸附能力影响的研究

合成了骨架带电的类沸石金属-有机骨架材料usf-ZMOF. 通过Li^＋离子交换将骨架中体积较大的有机阳离子用较小体积的无机阳离子取代, 利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TGA)等手段对离子交换前后的材料进行表征, 并对CO₂在其中的吸附性质进行了研究. 实验结果表明, Li^＋离子交换后材料的比表面积增加, CO₂吸附量也增加, 与分子模拟预测的结果一致.     

金属-有机框架材料在光催化二氧化碳还原中的应用

CO₂的过度排放导致全球环境问题日益严重,如何将CO₂有效地利用起来成为全世界的研究热点。相比于高耗能的CO₂捕获和储存(CCS)技术,通过催化反应将CO₂转化为有价值的能源燃料是同时解决能源危机和环境问题的有效途径。其中,使用太阳能作为能量来源的光催化CO₂还原技术更具应用前景。但是目前CO₂光还原催化剂仍然存在很多缺点,如可见光响应能力低、光生电子空穴对复合严重、CO₂吸附量小、产物的选择性低以及在含水环境中的产氢竞争反应等。金属-有机框架(MOFs)是由金属离子/簇和有机配体构成的一类独特的多孔晶态材料,具有可调的多孔结构、电子迁移速度快、CO₂吸附量大等优点,在光催化CO₂还原领域具有广阔的应用潜力。现有方法主要是通过对MOFs的功能化修饰、与其他功能型材料复合等获得高效的光还原CO₂的催化性能。本文主要对近年来MOFs基CO₂光还原催化剂(单一MOFs、MOFs基复合材料以及MOFs衍生材料)的研究现状进行了分析和讨论,并对MOFs材料在光催化CO₂还原中的发展趋势进行了展望。     

复合仿生催化体系的构建与高效有氧氧化芳基烷烃

直接活化氧气氧化碳氢化合物是件挑战性的研究工作。根据生物酶很容易在温和条件下实现上述反应,以Keggin-型杂多酸[CuPW_(11)O_(39)]5-(简写为CuPW_(11))与金属-有机框架材料HKUST-1形成的复合材料Cu PW_(11)@HKUST-1为催化剂,以N-羟基邻苯二甲酰亚胺为助催化剂,构建模拟酶催化氧化反应体系。其中,CuPW_(11)@HKUST-1中的杂多酸作为氧化还原中心,N-羟基邻苯二甲酰亚胺作为电子供体。该复合模拟酶催化体系在催化活化氧气氧化芳基烷烃的反应中表现出了类似生物酶催化的性质,具有反应条件温和、转化率高、转化数高和选择性高等特点,其中产物产率与转化数分别高达99%和17700,为实现在温和条件下高效活化氧气氧化惰性有机物分子提供了一条切实可行的路线。     

金属-有机框架材料在癌症诊疗中的应用

成像技术的迅速发展使科学家和临床医生能够准确地了解癌症的发病机制和病理过程, 并根据患者的情况制定个性化的治疗策略. 将各种成像与治疗试剂整合为一体的癌症诊疗平台, 可以同时用于癌症的诊断和治疗, 受到了广泛的关注. 金属-有机框架材料(MOFs)是由有机配体和金属离子/离子簇自组装而成的一种有趣而独特的多孔有机-无机杂化材料. 由于其易于后修饰、 孔隙和结构可设计、 功能可调等特点, 已被证明具有成为癌症诊疗药物负载平台的巨大潜力. 本文介绍了将诊疗药物负载到MOFs中的策略, 并综合评述了在磁共振成像、 计算机断层扫描成像、 正电子发射断层扫描成像、 光学成像和光声成像等多种成像技术指导下, MOFs作为癌症诊断和治疗平台的发展概况. 此外, 还讨论了MOFs在癌症诊疗和临床转化方面当前面临的挑战和发展前景.     

金属-有机骨架衍生催化剂在二氧化碳加氢和费托合成反应中的应用

CO₂加氢和费托合成反应是C1化学中重要的研究领域,CO₂加氢制备高附加值化学品和燃料有助于降低大气中CO₂浓度,减轻化石燃料消耗的压力;费托合成反应是以非石油资源为原料生产液体燃料和化学品的重要路径。 开发新型、高效、稳定的催化剂是CO₂加氢和费托合成反应的关键点之一。 利用金属-有机骨架(Metal-Organic Frameworks,MOFs)材料的特点制备的MOFs衍生催化剂在CO₂加氢和费托合成反应中具有较好的应用前景。 本文综述了CO₂加氢和费托合成反应中MOFs衍生催化剂的制备方法,以及催化剂在各反应中的催化性能,并对目前所存在的问题以及今后的发展进行了总结和展望。     

金属-有机框架基材料在二氧化碳光催化转化中的应用

将大气中的二氧化碳(CO₂)转化为燃料或高附加值化学品是降低大气中CO₂含量、 减缓温室效应的有效途径之一. 光催化CO₂化学转化条件温和, 能耗低, 在CO₂转化中占有重要地位. 金属-有机框架(MOF)基材料由于具有比表面积大、 光电性质优良和可调节性强等特点, 是CO₂光催化转化的常用催化剂之一. 本文综合评述了近两年MOF基材料在光催化CO₂还原反应、 CO₂环加成反应和CO₂羧基化反应中的应用, 阐释了MOF基材料在CO₂光催化转化中的优势和局限性, 并展望了其未来发展.     

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...     

金属有机骨架HKUST-1及其衍生材料在催化中的应用进展

金属有机骨架材料(MOFs)作为异相催化剂受到了日益广泛的关注。在众多经典MOFs结构中,HKUST-1及其衍生材料是研究最多的类型之一。HKUST-1具有原料简单、易于合成、结构稳定、孔隙率高等多种优点,在异相催化领域中具有广阔的应用前景。已有多种HKUST-1相关材料被用作催化剂,包括HKUST-1本身、缺陷型结构、负载活性客体分子的复合型材料以及HKUST-1衍生的多孔碳纳米材料等。本文围绕HKUST-1作为催化剂的结构设计以及在不同催化反应中的应用展开总结与介绍,以期为相关MOFs材料的设计和催化研究提供一定参考。     

金属-有机骨架材料及其在催化反应中的应用

金属-有机骨架(metal-organic frameworks, MOFs)材料是由金属离子和有机配体通过自组装而成的具有多孔结构的特殊晶体材料。由于其种类的多样性、孔道的可调性和结构的易功能化,已在气体的吸附和分离、催化、磁学、生物医学等领域表现出了诱人的应用前景。本文介绍了MOFs材料的类型和常用的合成方法,综述了近年来MOFs材料在催化领域的应用,特别是以MOFs材料中骨架金属作为活性中心、骨架有机配体作为活性中心和负载催化活性组分的催化反应,并对MOFs材料的催化应用趋势做了展望,以期对MOFs材料的催化性能有比较全面的认识。     

稀土金属-有机框架在同分异构体传感材料中的应用

基于稀土金属离子独特的电子结构,稀土金属-有机框架的光致发光具有发射峰尖锐、量子产率高和发光寿命长等特点,可应用于针对特定功能化学物种的光学传感材料.稀土金属离子高的配位数和丰富的配位模式,使得稀土金属-有机框架具有结构多样性和可调性,可与不同的化学物种在结构和能级两个方面相匹配,是其具有传感功能的基础.关于同分异构体...