金属有机框架在染料敏化太阳能电池中的应用

为了获得高效率的染料敏化太阳能电池,其光阳极应该具有大的比表面积,以吸附足量的染料,获得很强的光捕获能力.从这个角度而言,将具有很大比表面积的金属有机框架材料引入到染料敏化太阳能电池的体系中,无疑是一种有益的探索.本文简介了金属有机框架材料在光伏领域的应用,并重点介绍了我们课题组在利用金属有机框架材料方面进行的一些探索,包括光阳极薄膜的处理、利用金属有机框架材料作为前驱体制备光阳极材料和光散射层.最后,本文对金属有机框架材料应用于染料敏化太阳能电池中的局限性及前景做了简要的展望.     

基于吡嗪-吡啶-酰腙配体的三个配合物的制备及其荧光和光催化性能

合成了3个配合物{[Zn_3(L)_2(SO_4)_2(H_2O)_4]·H_2O}n(1)、{[Cd_2(L)_2(SO_4)(H_2O)]·H_2O}n(2)和{[Cd(L)I]·CH_3OH}n(3)(HL=N′-nicotinoylpyrazine-2-carbohydrazonamide),并通过单晶X射线衍射、红外、元素分析和粉末X射线衍射等手段进行表征。配合物1中,采用μ3-η1η1η1配位模式的SO_4~(2-)把Zn(Ⅱ)连接成无机网状二维平面(bc面),有机配体HL交错的分布在网状平面的两侧,这些二维层在分子间氢键的作用下形成三维超分子结构。配合物2是由配体HL连接[(Cd2)2(μ2-SO4)2]和Cd1两种节点形成的二维结构,相邻的二维层在π…π堆积作用下形成三维超分子结构。配合物3是一维的Z字链结构,这些一维链在氢键的连接作用下形成二维的超分子网络结构。光催化降解亚甲基蓝实验结果表明,在双氧水存在时配合物1~3均表现出很好的降解效果。     

卟啉共价有机框架化合物的研究进展

共价有机框架化合物(COFs)是一类新兴的具有多孔结构的晶态有机聚合物,在储存与分离、催化、能量转化等领域具有广泛应用。本文介绍了一类基于卟啉单元的COFs,从框架构筑及应用开发两方面综述了这类材料的研究进展。     

金属有机框架MOF-808-X高效催化CO2和甲醇直接合成碳酸二甲酯

碳酸二甲酯(DMC)是一种重要的绿色无毒化工原料,其分子结构中含有甲基、甲氧基和羰基等官能团.DMC既可以替代卤代甲烷和硫酸二甲酯用作甲基化试剂,替代剧毒的光气用作羰基化试剂,也可以与醇类、酯类及氨基醇类进行酯交换反应用于合成树脂和精细化学品.此外, DMC因具有相容性好、含氧量高和饱和蒸气压低等特点,还可用作低毒溶剂和燃油添加剂.目前,已报道的DMC合成方法主要包括光气法、甲醇氧化羰基化法、酯交换法、尿素醇解法和直接合成法.其中,以CO_2和甲醇为原料直接合成DMC的方法受到广泛关注.该方法不仅具有原料价格低廉、工艺简单、原子经济性高的优点,还可以将温室气体CO_2资源化利用,有望成为未来生产DMC的一条全新的高效途径.目前,用于该反应的催化剂研究主要集中在金属氧化物和改性金属氧化物上,这些催化剂存在比表面积较小、活性位点数量不足以及活性不高的缺点.本文针对传统金属氧化物的缺点,合成了一系列锆基金属有机框架催化剂MOF-808-X(X为ZrOCl_2·8H_2O/均苯三甲酸(BTC)的摩尔比),并将其用于催化CO_2和甲醇合成DMC,系统考察了MOF-808-X合成过程中ZrOCl_2·8H_2O/BTC摩尔比对MOF-808-X催化剂组成、比表面积、孔道结构以及酸碱位点数量的影响,探讨了MOF-808-X催化剂物化性质与其催化性能之间的关系.结果表明,通过调控ZrOCl_2·8H_2O/BTC摩尔比,可以减少堵塞在MOF-808-X微孔中未反应的配体BTC或氧化锆原子簇的量,提高MOF-808-X的比表面积、微孔孔径以及酸碱位点数量,从而显著提升MOF-808-X催化剂的催化活性.当ZrOCl_2·8H_2O/BTC摩尔比=4时, MOF-808-4催化剂具有最大的比表面积、最大的微孔孔径和最多的酸碱性位点,因而表现出最高的催化活性.与我们之前报道的UiO-6-24相比,虽然MOF-808-4的比表面积和酸碱位点数更小,但由于MOF-808-4具有更大的微孔孔径(1.8nm),其微孔内的活性位点具有更高的催化效率, MOF-808-4表现出了更高的催化活性.原位红外光谱结果表明,酸性位点活化甲醇生成甲基阳离子的过程是该反应的速率控制步骤,由于MOF-808-4中Zr6原子簇上酸碱位点相互邻近,吸附在相邻碱性位点上的中间产物羰基甲氧基可以与酸性位点上的甲基阳离子迅速反应,促进甲基阳离子和DMC的生成,从而进一步提高MOF-808-4的催化活性.此外,催化剂重复利用实验结果表明, MOF-808-X催化剂结晶度越好,催化剂重复利用性能越好.MOF-808-X催化剂在CO_2和甲醇直接合成DMC反应中的成功应用可为开发用于该反应的高效非均相催化剂提供新的思路.     

金属有机框架CPL-1填充柱气相色谱分析氢同位素

金属有机框架(MOFs)材料CPL-1的比表面积大、孔径均一,在低温条件下对氢同位素具有良好的量子筛分效应,是气相色谱固定相潜在的应用材料。采用CPL-1填充制备了长0.5 m、内径1 mm的微孔填充柱,借助单晶Al_2O_3颗粒间隙构建了色谱载气流通路径,在低温条件下探索研究了CPL-1填充柱的氢同位素分析性能。结果表明,在77 K时CPL-1对H_2和D_2的吸附量接近4 mmol/g,优于MnCl2/γ-Al_2O_3和γ-Al_2O_3,CPL-1填充柱在取样量0.25~2 mL范围内对低浓度氢同位素样品的检测具有良好的线性关系,检测的相对误差小于4%。CPL-1填充柱具有线性范围宽、重复性好、准确度高等优点,在氢同位素色谱分析中具有潜在的应用价值。     

一种新型磺酸修饰的共价有机框架用于二氧化碳吸收和染料吸附

环境污染是地球现今的重要问题之一,而其中就包括水污染与温室效应.共价有机框架(covalent organic frame-works,COFs)作为一种新兴的晶态多孔聚合物,因其优异的吸附性能,在污染治理领域具有广阔的应用前景.本工作报道了一种基于β-酮胺单体通过迈克尔加成-消除反应合成的磺酸型微孔COF (JUC-...     

基于框架核酸的细胞表面受体配体相互作用研究进展

细胞表面受体与配体之间的特异性相互作用在细胞生物学过程中起着重要作用。然而,与均相溶液不同,受体分子在细胞膜上的分布是非连续的、动态的,因此细胞表面的受体配体相互作用通常呈现复杂的非线性结合模式。框架核酸作为一类具有确定几何形状的DNA纳米支架,可用于多价配体的偶联,为深入揭示受体配体相互作用机制提供了可靠的工具。利用框架核酸纳米分辨率的可寻址特性,可实现对配体数目、间距及空间构象等参数的精确调控,进而研究细胞表面受体配体的结合特性及影响因素,优化结合条件最终实现高效的分子识别及靶向治疗。本文综述了基于框架核酸的细胞表面受体配体相互作用研究进展,通过探讨细胞表面受体配体相互作用的重要影响因素及生物学应用,对该研究领域的发展前景和未来趋势予以展望。     

基于金属有机框架水凝胶的一步式快速富集检测养殖水体中孔雀石绿北大核心CSCD

孔雀石绿是一种三苯甲烷类化合物,在水产品饲养中对疾病的防治有着不错的疗效,但因对人体健康有危害而被列为禁用药。由于实际样品中成分复杂,对于此类染料的检测方法难以同时兼具富集性好、灵敏度高且方便快速的优点。该工作制备了金属有机框架材料(MOF),采用MOF纳米材料掺杂的水凝胶(PAAM-SA/MOF)对养殖水体中的孔雀石绿进行吸附研究。采用一系列表征手段对MOF、PAAM-SA和PAAM-SA/MOF的微观形貌进行分析,结果表明吸附材料已成功合成。通过优化水凝胶吸附剂用量、吸附时间、孔雀石绿溶液pH、吸附温度、孔雀石绿溶液初始浓度等吸附萃取条件,使溶液中的孔雀石绿基本完全吸附在水凝胶中,在最优条件下,吸附效率最高可达97%。此外,采用不同极性的有机溶剂对吸附的孔雀石绿进行洗脱,通过优化洗脱液体积,脱附率最高达99%。在最佳条件下,该方法在高、中、低3个水平下的样品加标回收试验中回收率达到84.8%~118.1%,相对标准偏差小于5.1%,方法的检出限为0.083μg/L(S/N=3),定量限为0.25μg/L(S/N=10)。该方法简化了前处理过程,结合了MOF和水凝胶这二者各自的优点,添加的MOF材料可以在水凝胶体系中发挥其良好的吸附性,既解决了传统的MOF材料因粒径太小而回收率低的难题,便于吸附后直接提取,同时也解决了纯水凝胶吸附效率较低的问题,整体上提高了吸附效率和可回收性。实际样品测试表明该新型水凝胶吸附材料可用于养殖水体中孔雀石绿的快速萃取和检测,在食品检测领域具有很大潜力。     

框架结构控制系统修正模型可靠性研究

针对目前采用Montecarlo法或按泊松分布来计算振动主动控制系统可靠性计算量较大的缺点,本文提出了修正模型可靠性概念,并定义一个可靠性评价指标,以期通过修正模型的可靠性来问接反映控制系统的可靠性。本文以框架结构为研究对象,在修正方法上选择了计算量小且修正精度较高的拉直算法,为验证提出的可靠性指标的可行性,对四组设计参数分别进行了修正模型和地震作用下的广义预测控制可靠性分析,从结果对比可知,本文所定义的可靠性指标具有一定的可行性,并且本文方法计算量较小。     

基于噻唑并噻唑的共价有机框架微球用于蓝光光催化胺的选择性需氧氧化（英文）

含有光活性单元的共价有机框架材料由于具有高结晶度、均匀的孔隙、大的比表面积以及较好的光电性能等优势,已在可见光光催化领域引起了研究者们的广泛关注,为氧气分子的活化提供了一种非金属的选择.目前,已有很多关于将光活性单元引入共价有机框架构建高效可见光光催化体系的报道.作为一种典型的光活性单元,具有缺电子性质的噻唑并噻唑基团有着稳定的共轭平面结构以及很好的氧化稳定性.此外,基于噻唑并噻唑的有机聚合物材料往往表现出较好的可见光吸收能力.因此,噻唑并噻唑单元在构建高效可见光光催化剂方面具有较好的应用潜力.但是由于其涉及的反应过程可逆性低,所以噻唑并噻唑很少被引入到共价有机框架中构建光催化体系.为了克服该困难,可以将噻唑并噻唑基团嵌入到具有良好可逆性端基基团的结构单元中再将其用于共价有机框架的构建.根据该策略,本文将噻唑并噻唑基团嵌入到二氨甲基联苯(BD)中,得到了噻唑并噻唑基二苯胺(DTz).在有机碱四氢吡咯的催化下,利用溶剂热方法,将三甲酰基间苯三酚(Tp)分别与BD和DTz组装,成功制得两种β-酮烯胺连接的共价有机框架(TpBD-COF和TpDTz-COF),并将其应用于可见光光催化胺的选择...