金属-有机框架材料的合成后疏水修饰及其应用

作为晶态杂化多孔材料,金属-有机框架(metal-organic frameworks, MOFs)材料因其高比表面积与孔体积等优点在诸多应用领域取得了重要的研究进展.然而,此类材料所存在的水稳定性差等问题,严重限制了其实际工业应用.为此研究者提出了多种构建疏水MOFs材料的合成策略,其中合成后修饰是一种重要的实现方法.本文将MOFs材料的合成后疏水修饰分为四类,即配体功能化修饰、金属位点功能化修饰、颗粒外表面修饰与其他方法等,综述了合成后修饰构筑疏水MOFs材料的研究进展,并对疏水MOFs材料进行了总结与展望.     

MOFs/水凝胶复合材料的制备及其应用研究

金属有机框架(MOFs)具有大量的孔隙结构和活性位点,在气体吸附、催化、医疗等领域均发挥了巨大的作用。MOFs是晶体粉末,具有脆性较大、在水中易分解和不易回收等缺点,从而限制了其应用。通过MOFs与柔性高分子的复合,特别是与水凝胶的复合,极大地改善了复合材料的柔顺性、可回收和可加工性等特性,进一步拓宽了MOFs的应用领域。本文详细阐述了基于水凝胶MOFs原位生成法、MOFs /水凝胶同时生成法和水凝胶包裹MOFs法等三种不同方法制备MOFs/水凝胶复合材料的研究进展,并对上述三种制备方法的特点及其产物特征进行了总结,进一步归纳了复合材料在生物医药、催化、废水处理和气体吸附等领域的应用。最后,对MOFs/水凝胶复合材料制备方法的改进和复合材料应用前景进行了深入讨论和展望。     

金属-有机框架材料在光电催化水分解领域的研究进展

光催化分解水是将太阳能转化为化学能的有效手段之一. 相比于粉末光催化, 采用H型电解池的光 电催化方法具有材料选择范围大、 载流子迁移和分离效率高、 电极易于回收等优点. 近年来, 金属有机框架 材料(MOFs)在光电催化水分解领域得到越来越多的应用. 相比于传统无机催化剂, MOFs光电极具有比表面积大、 结构易于调控等独特优势. 本文按照MOFs的应用形式分为纯MOFs、 MOFs与其它催化剂的复合结构和MOFs衍生物3类, 总结了近年来MOFs在光电催化水分解领域的研究现状和进展, 介绍了光催化/电催化领域的部分典型研究成果, 最后讨论了MOFs在光电催化水分解领域研究的重点和热点, 并对其未来发展做出了展望.     

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。     

导电金属有机框架材料在电催化中的成就,挑战和机遇（英文）

开发用于各种能量转化过程的新型催化剂对于满足绿色和可持续能源的需求至关重要。由于其具有可调节的晶体结构,显著的化学和物理性质以及稳定性,金属有机骨架(MOFs)已经广泛应用于电化学能量转换领域,比如CO_2还原反应、N_2还原反应、析氧反应、析氢反应和氧还原反应。更重要的是,MOFs具有可调节的化学环境、孔径和孔隙率,这些性质将促进反应物在多孔网络中的扩散,从而改善其电催化性能。但是,由于高的电荷转移能垒和受限的自由载流子,大多数MOFs展示了差的导电性,阻碍了其多样化应用。在先前的报道中,MOFs常被用作多孔基质来限制纳米颗粒生长或经退火处理作为共掺杂电催化剂。而导电MOFs不仅结合了传统MOFs的优点,还具有电子导电性和高电催化活性,使其无需退火处理就可以通过电子或离子途径实现导电,从而极大提高了电催化性能,这有助于拓宽其在电化学能源领域或其他方面的潜在应用。在一些催化反应中,导电MOFs的催化活性甚至超过了商业化的RuO_2催化剂或Pt基催化剂。本文主要总结了构建导电MOFs的机制,并概述了其合成方法,如水/溶剂热合成和界面辅助合成。此外,本文阐述了导电MOFs在电催化应用中的最新研究进展。值得一提的是,导电MOFs的形态和结构可改变底物与MOFs之间的界面接触,从而影响其催化性能,需要进一步深入研究。基于系统的合成策略,在未来可以根据各种电催化反应的需求设计合成更多的导电MOFs。高性能的导电MOF基催化剂将有望获得突破。     

金属有机框架材料在光催化中的应用

金属-有机框架材料(metal-organic frameworks,MOFs)是一类基于金属离子与有机配体组装而成的配位多孔材料,具有高比表面积、多活性位点、结构可剪裁、易功能化等特征.相当一部分MOFs能够表现出类半导体的行为,其有序结构不利于光生电子-空穴复合中心的产生,同时其多孔特性更是便于光生载流子的快速/高效利用.因此,近年来MOFs材料在光催化领域受到越来越广泛的关注与研究.本文从光催化反应类型出发,包括光催化染料降解、光催化有机物转化、光催化裂解水产氢、光催化水氧化、光催化二氧化碳还原反应等,总结了近年来MOFs及其复合催化剂设计合成及在光催化领域的应用研究进展,同时简要介绍了部分MOF衍生材料在光催化领域的应用,并对MOFs材料在光催化领域的应用前景进行了展望.     

金属有机框架(MOFs)基光催化剂的设计及其在太阳能燃料生产和污染物降解领域的研究进展（英文）

金属有机骨架(MOFs)具有较高的比表面积,丰富的金属/有机物种,较大的孔体积以及结构和成分可调节的特性,因此在太阳能燃料生产和污染物的光降解领域具有广泛的应用.根据其结构特点,研究者们主要从有机配体和孔道结构两方面对MOFs进行调控:(1)对有机配体进行修饰,如将杂原子、羟基、卤素原子、金属离子、生物大分子等引入MOFs结构;(2)将无机纳米粒子引入MOFs孔道内,如将贵金属、金属氧化物、多金属氧酸盐等纳米粒子封装在MOFs的孔道内.这些策略可有效增强MOFs的导电性、稳定性等,并进一步提高MOFs基催化剂的光催化性能.本文首先概述了四种经典MOFs类型,即UiO, ZIF, MIL和PCN系列的结构特点和催化性能.其次,总结了在设计MOFs基光催化材料过程中,根据不同类型MOFs特点着重考虑的五方面因素,即稳定性、能带结构、吸附作用、选择性和电导性.再次,讨论了提高MOFs基光催化剂活性的策略,如助催化剂修饰、构建异质结、配体或金属中心修饰和缺陷工程.最后,总结了MOFs基光催化材料在催化还原CO₂、分解水制氢和降解有机污染物反应中的应用进展及影响其催化性能的...     

磁性金属-有机骨架材料的合成及其应用

磁性金属-有机骨架(magnetic metal-organic frameworks,MMOFs)材料是近年来兴起的新型纳米功能材料,它由MOFs材料和磁性材料组合而成,具有高选择性、良好分散性和可多次重复利用等优点,在环境、医学和生物学研究领域应用广泛。本文介绍了MMOFs材料的四种合成方法,包括嵌入法、叠层法、封装法和混合法,其中嵌入法是指将磁性颗粒材料镶嵌在MOFs表面,叠层法是将MOFs层覆盖和叠加生长在官能化磁性颗粒材料表面,封装法是MOFs材料围绕磁性颗粒在其周围生长并将其包埋起来,混合法是将MOFs和磁性颗粒物通过物理或化学作用发生聚合合成。MOFs与磁性颗粒材料结合形成的MMOFs,既保留了MOFs材料的结构与性能,又增添了颗粒材料的磁性,从而大大拓展了MOFs的应用范围。鉴于MMOFs可携带特定的物质释放于指定位置,容易从复杂基质中分离,并可通过外部磁性进行定位与收集等优势与特点,其在生物医药、环境样品预处理和催化等领域得到了广泛的应用。     

金属有机框架材料在表面增强拉曼光谱中的应用研究进展

金属有机框架材料（MOFs）是一种由金属离子和有机配体通过配位化学原理自组装形成的具有周期性网格晶态的多孔结构材料,其独特的结构和性质使其成为具有广阔应用前景的材料。由于MOFs可极大地提高金属表面增强拉曼光谱（SERS）基底的目标富集和信号增强性能,因此,基于MOFs的SERS基底受到了广泛关注。同时,高效的SERS基底使SERS技术可实现高灵敏、高选择性、无损和快速检测。将MOFs应用于SERS技术,极大地促进了SERS技术的发展并拓宽了其应用范围。本文总结了SERS的发展、MOFs基底的类别及其在SERS中的应用,提出了亟待解决的关键问题和挑战,并对其发展前景进行了展望。     

氨基功能化金属有机骨架光催化剂的制备及性能研究

氨基功能化金属有机骨架材料(Metal-organic frameworks,MOFs)是一种非常具有吸引力的功能化MOFs,其兼具MOFs的高比表面积、孔道易调控及氨基的可后处理修饰的性能。通过简单的化学反应可实现功能基团的转化,从而制得新型的功能化MOFs,在气体存储、药物载体、选择性吸附气体小分子和催化等领域具有潜在的应用价值,因此开发氨基功能化的MOFs备受人们关注。本文综述了近年来氨基功能化MOFs在催化和吸附领域的研究进展,包括氨基功能化MOFs的制备方法、影响因素以及在环境方面的应用,并对今后的发展前景进行了展望。     

功能化金属有机骨架材料去除饮用水污染物的研究进展

金属有机骨架(MOFs)材料是一类以过渡金属为中心、含杂原子的有机物为配体、通过配位作用形成的周期性网络多孔晶体材料。与其他的多孔材料相比,MOFs配体种类繁多,比表面积极大,孔径大小可调控且具有特殊(饱和或不饱和)的金属位点,在气体存储、催化、吸附与分离等领域有广阔的应用前景。近年来,功能化MOFs对污染物的富集和去除成为学者关注的热点。这是由于通过对MOFs进行功能化修饰,能够改变MOFs的孔径大小、表面带电性质等物化性质,从而实现对目标物更高效的吸附。该文综述了近年来功能化MOFs对饮用水污染物吸附的研究进展,包括饮用水污染物的类型及危害、功能化MOFs的制备方法以及去除饮用水污染物的应用,并对今后的发展前景进行了展望。     

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.     

MOFs光催化材料的设计和调控

环境污染和能源短缺是制约当今社会发展的重大问题。光催化技术可直接利用太阳能驱动一系列重要的化学反应,具有能耗低、反应条件温和、无二次污染等优点,是解决这一问题的有效途径。实现这个过程的关键在于寻找设计高效的光催化剂。目前,光催化材料主要由无机半导体组成,其结构的改造和修饰难度很大,难以根据实际需要来控制其大小、形状以及物理化学特性。而有机化合物具有优良的分子剪裁与修饰的功能,但它们却在坚固性与稳定性等方面具有明显的缺点。因此如果能发展既具有无机化合物的稳定性又具有有机化合物的可剪裁与修饰性的新型光催化材料,无疑将促进光催化的发展和应用。金属-有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks, MOFs)正是这样一类结合了无机物的稳定性和有机物的可修饰性的杂化材料。 MOFs是一类以金属阳离子为节点、有机配体为连接体的多孔配位聚合物的总称。这类材料不仅拥有超高的比表面积、丰富的拓扑结构,而且其结构兼具可剪裁性、可设计性、易调变等特点,在气体吸附储存、分离、传感等领域都有广泛的应用。在催化领域MOFs也显示出巨大的应用前景：(1)比表面积大,有利于对反应底物的吸附,促进催化反应的进行;(2)组成多样,结构具可剪裁性、可设计性、易调变等特点,通过对其金属单元或者配体进行改变修饰,可以实现对MOFs结构和性能的调变;(3)MOFs中金属-氧单元之间由有机配体隔开,相当于分立的半导体量子点,在反应中不易发生团聚。并且各个分立的金属-氧单元之间可能存在协同效应,有利于保持催化剂的稳定性和产生高的催化活性。因此, MOFs材料是一类非常有潜力的异相催化剂。光催化是一类典型的多相催化技术,与传统半导体光催化材料相比, MOFs由于具有可在分子水平进行灵活调控的优点,在光催化领域的应用更有优势。此外, MOFs结构上的确定性为研究催化剂的界面电荷迁移和光催化机理提供了便利条件,通过对其构-效关系的研究和光催化反应机理的探索反过来有助于我们从微观尺度上进一步认识光催化的本质。 MOFs材料在光催化领域已经有了初步的研究。越来越多的MOFs材料被成功应用于光催化降解染料、选择性转化有机物、光解水制氢和CO2还原等反应。典型的有MOF-5、UiO-66和MIL-125系列等。近年来,已有少量的文献综述了MOFs这类材料在光催化领域的研究。这些文献主要围绕MOFs在光催化过程中所起到的作用,比如作为催化剂、助催化剂或载体来展开;或者是从MOFs的光催化应用领域,比如污染物降解、产氢、二氧化碳还原、有机物转化来分类展开。本文围绕如何设计合成高效的MOFs光催化剂,综述了近年来国内外关于提高MOFs的光催化性能而开展的相关研究工作,包括理论研究MOFs的能级结构及化学性质、在MOFs配体上修饰官能团调变其能带结构、染料或者金属化合物光敏化MOFs提高其光吸收性能、负载金属/碳材料及半导体复合提高光生载流子的分离效率等。最后,本文对MOFs光催化剂的未来发展趋势进行了展望,强调开发新型的MOFs光催化剂,并加强对MOFs光催化机制的研究,有助于指导现有MOFs催化剂的改良和设计新型光催化剂。     

金属有机框架质子导体及其质子交换膜的研究进展

质子交换膜是新型燃料电池的关键组件之一.以Nafion为代表的商用全氟磺酸质子交换膜成本较高、操作温度较低,限制了宽温度范围下的大规模应用.金属有机框架材料(Metal Organic Framework, MOFs)因其比表面积大、结构规整、可设计性强等优点,在质子交换领域备受关注.作者从三方面综述了MOFs质子导体的相关研究.第一部分主要介绍了MOFs传导质子的作用机理;第二部分从有水/无水条件下工作的两种不同MOFs出发综述了MOFs质子导体的相关发展;第三部分系统回顾了MOFs质子交换膜的相关研究,包括MOFs薄膜与MOFs混合基质膜结构.最后指出了MOFs质子导体及其质子交换膜研究中尚未解决的问题,并展望该领域的未来研究方向.     

纳米金属-有机框架材料的制备及应用

金属-有机框架材料(MOFs)自发现以来备受关注,其独特的高孔隙率结构特性、孔径可调以及可官能化等特点,在许多领域都有潜在的应用,如储气、分离、催化和热能转化等。纳米金属-有机框架材料(NMOFs)因具有纳米尺寸,既拥有传统块状MOFs的性质,也具备特殊的物理/化学特性,表现出更为优异的性能。本文介绍了MOFs的发展,及几种经典的MOFs结构及其应用;重点论述了近年来一些重要的纳米MOFs的制备方法和应用,并对纳米MOFs在新型材料领域中的应用及其发展方向进行了展望。     

金属有机框架材料吸附性能应用的研究

金属有机框架材料(MOFs)是一种多孔聚合物材料,其相关研究近年来取得迅速发展。MOFs是以金属离子为中心,桥连的有机配体作为支撑经延伸形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料[1]。由于其较强的功能性、较高的比表面积、超高的孔隙率以及可调控的孔道结构[2],MOFs在储气、分离、催化、载药和光学等领域受到了极大的重视,并具有广泛的应用前景。本文从MOFs材料的结构设计出发,介绍近几年MOFs材料在能源气体(H2、CH4)的储存,H2S、CO2、有机气体分子的捕集以及医学领域(对于一些药物的吸附装载)的研究进展,并对MOFs材料在应用上存在的问题进行了阐述,对其未来的发展趋势作出展望。     

离子液体修饰金属有机骨架复合材料的制备及其在分离分析中的应用

金属有机骨架(MOFs)是一类新型多孔材料,具有孔径均匀、孔结构可调、易于合成和结构多样等特点。用离子液体(ILs)修饰MOFs构建的ILs/MOFs复合材料,在保留MOFs的结构特点外,还兼具ILs物化性质可调控和稳定性高等优点,在分离分析领域具有较大的发展潜力,引起了研究者的极大兴趣。本文主要综述了近五年来ILs/MOFs复合材料的制备方法及其在分离分析中的研究和应用进展,包括在吸附/萃取、色谱分离以及光谱和电化学分析中的应用研究,并对其发展趋势进行了展望。     

金属有机骨架材料在传感器中的应用

摘 要 金属有机骨架（Metal Organic Framework,MOFs）是由有机配体与金属离子或金属离子簇通过配位作用自组装而成的一种具有永久孔道性的开放结晶骨架,通常也被称为配位聚合物（PCPS）。因为其较大的比表面积、规整的孔道结构、热稳定性和化学可裁剪性,使其在多个领域具有广阔的应用前景。近年来,随着MOFs在传感领域的发展,许多不同的功能基团被引入到MOFs的孔道中,研制出具有荧光识别性能的MOFs。本论文综述了近几年来基于MOFs的化学传感器在离子识别、PH检测、挥发性有机物和气体检测、爆炸物识别和生物分子检测等关键领域的研究进展,并对MOFs在化学传感器的应用前景进行了展望。     

导电酞菁基金属有机框架的高效电催化研究（英文）

在满足日益增长的可持续能源和环境保护需求下,开发用于多种电化学场景的新型催化剂发挥着重要作用。导电酞菁基金属有机框架（MOFs）是一类新型的层叠多孔MOFs,具有面内扩展π共轭结构,可以通过促进传质和电子/电荷转移来增强电催化活性。导电酞菁基MOFs具有优异的导电性,使其在如水、氧、二氧化碳和氮还原等各种电催化反应中非常有前景。导电酞菁基MOFs在电化学能量转换和环境研究中表现出良好的活性。本文主要关注导电酞菁基MOFs,而非其他类型的导电MOFs,并全面概述其导电机理和主要的电催化反应,还将讨论在电催化中使用导电酞菁基MOFs作为非均相催化剂的最新进展。此外,本文将探讨与导电酞菁基MOFs在电催化中的应用的挑战和展望。     

MOFs光催化材料的设计和调控（英文）

环境污染和能源短缺是制约当今社会发展的重大问题.光催化技术可直接利用太阳能驱动一系列重要的化学反应,具有能耗低、反应条件温和、无二次污染等优点,是解决这一问题的有效途径.实现这个过程的关键在于寻找设计高效的光催化剂.目前,光催化材料主要由无机半导体组成,其结构的改造和修饰难度很大,难以根据实际需要来控制其大小、形状以及物理化学特性.而有机化合物具有优良的分子剪裁与修饰的功能,但它们却在坚固性与稳定性等方面具有明显的缺点.因此如果能发展既具有无机化合物的稳定性又具有有机化合物的可剪裁与修饰性的新型光催化材料,无疑将促进光催化的发展和应用.金属-有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)正是这样一类结合了无机物的稳定性和有机物的可修饰性的杂化材料.MOFs是一类以金属阳离子为节点、有机配体为连接体的多孔配位聚合物的总称.这类材料不仅拥有超高的比表面积、丰富的拓扑结构,而且其结构兼具可剪裁性、可设计性、易调变等特点,在气体吸附储存、分离、传感等领域都有广泛的应用.在催化领域MOFs也显示出巨大的应用前景:(1)比表面积大,有利于对反应底物的吸附,促进催化反应的进行;(2)组成多样,结构具可剪裁性、可设计性、易调变等特点,通过对其金属单元或者配体进行改变修饰,可以实现对MOFs结构和性能的调变;(3)MOFs中金属-氧单元之间由有机配体隔开,相当于分立的半导体量子点,在反应中不易发生团聚.并且各个分立的金属-氧单元之间可能存在协同效应,有利于保持催化剂的稳定性和产生高的催化活性.因此,MOFs材料是一类非常有潜力的异相催化剂.光催化是一类典型的多相催化技术,与传统半导体光催化材料相比,MOFs由于具有可在分子水平进行灵活调控的优点,在光催化领域的应用更有优势.此外,MOFs结构上的确定性为研究催化剂的界面电荷迁移和光催化机理提供了便利条件,通过对其构-效关系的研究和光催化反应机理的探索反过来有助于我们从微观尺度上进一步认识光催化的本质.MOFs材料在光催化领域已经有了初步的研究.越来越多的MOFs材料被成功应用于光催化降解染料、选择性转化有机物、光解水制氢和CO2还原等反应.典型的有MOF-5、Ui O-66和MIL-125系列等.近年来,已有少量的文献综述了MOFs这类材料在光催化领域的研究.这些文献主要围绕MOFs在光催化过程中所起到的作用,比如作为催化剂、助催化剂或载体来展开;或者是从MOFs的光催化应用领域,比如污染物降解、产氢、二氧化碳还原、有机物转化来分类展开.本文围绕如何设计合成高效的MOFs光催化剂,综述了近年来国内外关于提高MOFs的光催化性能而开展的相关研究工作,包括理论研究MOFs的能级结构及化学性质、在MOFs配体上修饰官能团调变其能带结构、染料或者金属化合物光敏化MOFs提高其光吸收性能、负载金属/碳材料及半导体复合提高光生载流子的分离效率等.最后,本文对MOFs光催化剂的未来发展趋势进行了展望,强调开发新型的MOFs光催化剂,并加强对MOFs光催化机制的研究,有助于指导现有MOFs催化剂的改良和设计新型光催化剂.