金属-有机骨架材料的合成及其研究进展

介绍了金属-有机骨架材料(MOFs)的结构特点和合成方法,论述了金属-有机骨架材料在国内外的研究进展,介绍了其在气体存储,尤其是储氢方面的研究现状.     

超声法辅助合成金属-有机骨架材料

近年来,金属-有机骨架材料作为一种具有多种功能的新型多孔材料,以其巨大的潜在应用前景而成为一个热门的研究领域,例如离子交换、气体储存、催化以及在光学、医学、选择性吸附和磁性材料等领域。传统的金属-有机骨架的合成方法,如水热、溶剂扩散和溶剂热等方法,需要的合成条件温度高、溶剂消耗多、耗费时间长。同时利用传统法合成的金属-有机骨架材料晶体尺寸较大,传感响应速度慢。利用超声辅助方法合成的金属-有机骨架材料,可以高产率地合成大多数金属-有机骨架材料,且具有反应时间短、产品回收率高等特点,实现对金属-有机骨架材料尺寸和形貌的调控,利用超声辅助的合成方法,通过改变反应条件,可以得到具有不同尺寸和形貌的金属-有机骨架材料。     

离子热合成金属-有机骨架材料最新研究进展

离子热合成是近年来新兴的合成具有新颖拓扑结构的金属-有机骨架材料的方法。本文综述了离子热合成金属-有机骨架材料的研究进展,介绍了离子热合成金属-有机骨架的具体合成方法,重点探讨了离子液体的阴阳离子对骨架结构的影响及离子液体在手性金属-有机骨架材料合成方面的研究情况。另外,还将离子热合成方法与传统水热/溶剂热合成方法进行了详细地比较,并针对几种代表性的金属-有机骨架材料的合成,探讨了不同合成方法得到的材料在结构上的差异。离子液体的种类和结构对金属-有机骨架材料结构方面的影响机理还有待于进一步的探讨。     

高稳定铪金属-有机骨架材料的合成及二氧化碳捕获性能

采用高温高浓度的溶剂热方法,合成了具有高结晶度的一种金属-有机骨架（metal-organic framework,MOF）材料UiO-66（Hf）,并发现该材料在沸水、酸碱等苛刻条件下具有非常好的化学稳定性。为了提高其对气体的吸附分离性能,进一步采用具有不同官能团的有机配体--氨基对苯二甲酸（H₂BDC-NH₂）、硝基对苯二甲酸（H₂BDC-NO₂）、溴对苯二甲酸（H₂BDC-Br）,设计合成了孔道表面具有不同化学性质的三种新型铪MOF材料,且这些材料与UiO-66（Hf）具有相同的拓扑结构。同时,气体吸附实验结果表明,极性基团的引入,尤其是氨基的引入,能极大提高材料对CO₂/N₂以及CO₂/CH₄体系的分离性能。这为以后应用于化工体系分离的新型多孔材料合成提供了理论指导。     

高稳定铪金属-有机骨架材料的合成及二氧化碳捕获性能

采用高温高浓度的溶剂热方法,合成了具有高结晶度的一种金属-有机骨架(metal-organic framework,MOF)材料UiO-66(Hf),并发现该材料在沸水、酸碱等苛刻条件下具有非常好的化学稳定性。为了提高其对气体的吸附分离性能,进一步采用具有不同官能团的有机配体——氨基对苯二甲酸(H2BDC-NH2)、硝基对苯二甲酸(H2BDC-NO2)、溴对苯二甲酸(H2BDC-Br),设计合成了孔道表面具有不同化学性质的三种新型铪MOF材料,且这些材料与UiO-66(Hf)具有相同的拓扑结构。同时,气体吸附实验结果表明,极性基团的引入,尤其是氨基的引入,能极大提高材料对CO2/N2以及CO2/CH4体系的分离性能。这为以后应用于化工体系分离的新型多孔材料合成提供了理论指导。     

MIL-n金属-有机骨架催化材料的研究进展

简单介绍了MIL-n金属有机骨架材料的光催化原理及影响其光活性的因素,讨论了部分MIL-n材料(MIL-53、MIL-88、MIL-100、MIL-101、MIL-125)的制备方法与几种改性方式,主要有掺杂金属离子、引入不同基团、复合金属氧化物/金属硫化物等。     

疏水性金属-有机骨架材料的研究进展

金属-有机骨架（metal-organic frameworks, MOFs）材料是一种由金属离子和有机配体通过自组装形成的新型多孔材料,具有优异的物理及化学性能,因而在气体吸附储存、气体分离以及工业催化等方面表现出良好的应用潜力。但在应用的过程中,无处不在的水分子会影响MOFs骨架的稳定性和吸附性能,极大地制约了其实际应用。本文介绍了近年来疏水性MOFs材料的研究进展,重点论述了金属离子和有机配体对调控MOFs亲疏水性的影响以及通过配体后修饰和疏水性物质复合等提高疏水性的方法,分析了MOFs材料的亲疏水性机理,同时提出了实验结合计算机模拟技术筛选疏水性MOFs的手段。最后,指出目前疏水性MOFs材料合成存在的问题及解决方法,期望为今后拓宽MOFs材料在高湿环境中的应用提供一些有用的参考。     

金属-有机骨架材料吸附脱硫的研究进展

金属-有机骨架材料(MOFs)是一种新型多孔材料,近年来在吸附脱硫中的应用使其在清洁汽油生产中成为最有潜力的材料。综述MOFs吸附脱硫的研究进展及主要机理,并对MOFs的发展前景和方向进行展望。     

金属-有机骨架材料的计算化学研究

金属-有机骨架材料（metal-organic frameworks,MOFs）是一种新型纳米多孔材料,独特的结构特征使其在储气、分离、催化、生物化学及制药等领域具有广阔的潜在应用价值。本文综述了计算化学方法在探索MOF材料结构-性能关系方面的研究进展,并着重介绍了本研究室在此方面的研究成果。     

具有裸露金属中心的多孔金属-有机骨架储氢材料

作为绿色能源,氢能受到了广泛关注,而先进的储氢方法则是实现氢能规模应用的关键之一。介绍了多孔金属-有机骨架（MOFs）储氢材料的研究现状、存在的问题、引入裸露金属中心的方法、裸露金属中心元素类型及配位环境对储氢性能的影响。     

关于金属-有机骨架(MOFs)的研究

金属-有机骨架(下文简称"MOFs")作为一种多功能分子基材料,器具有有机-无机杂化特征,在实际应用中的可塑性、有序性、特殊性的光电磁性质广受各大工业厂商关注。MOFs作为一种多孔材料,相比有机多孔、无机多孔材料相比有着很大优势,是当今我国新功能材料研究领域中的一大热点话题。基于此,本文重点对金属-有机骨架薄膜、发光金属-有机骨架材料、纳米级金属-有机骨架材料三方面进程阐述。     

镉基手性金属-有机框架材料的合成与结构表征

以5-氨基间苯二甲酸为起始原料,L-Boc-脯氨酸为手性源,设计合成了一种V型结构的手性配体L-H2,并利用"一锅法"与金属镉离子制备了一种配合物单晶(1),其结构通过X-射线衍射和红外光谱等技术进行了表征,证实(1)是一种具有21螺旋结构的手性金属-有机框架材料.     

金属有机骨架磁性复合材料的合成及催化性能表征

金属有机框架材料易实现多种催化活性中心共存,是开发多功能固体催化剂的重要平台材料.本文以担载Pd纳米粒子的磁性纳米球为核心,以IRMOF-3为壳层,成功制备了多种结构和形貌的磁性核壳结构的CoFe2O4-NH2-Pd@IRMOF-3多功能催化材料.同时对反应条件合成温度、改变修饰剂对合成材料形貌的影响进行了研究,制备得...     

金属-有机配位聚合物的制备、表征及应用

金属有机配位聚合物具有结构多样性和新颖有趣的性质,综述了国内外金属有机配合物的一般合成方法,新得到的配合物的具体表征及应用领域。并对其发展前景进行了展望。     

新型有机金属骨架化合物的合成与表征

以1,10-邻菲罗啉为原料,与溴反应生成3,8-二溴-1,10-菲罗啉,然后用浓硫酸和浓硝酸的混合溶液氧化成3,8-二溴-1,10-菲罗啉-5,6-二酮。各中间体和目标产物经MS和1H NMR表征确认。     

金属-有机骨架材料在气体膜分离中的研究进展

金属-有机骨架材料(metal-organic frameworks,MOF)由于具有高比表面积、大孔隙率、功能性孔道结构以及种类多样性等特征,在储气、分离、催化、载药和光学等领域受到重视。其中,制备纯MOF膜或基于MOF的混合基质膜(mixed matrix membranes,MMMs)并用于气体分离,被认为具有潜在的应用前景。目前为止,实验合成的MOF材料种类已有两万种,为了快速筛选出合适的MOF材料作为膜材料,计算化学的方法可以极大地缩减MOF膜的研究周期,并有助于指导实验合成高效膜分离材料。本文分别从计算和实验两方面介绍了MOF膜在气体分离中的研究进展,分析表明,MOF膜的研究总体上向功能性更强、稳定性更高的方向发展,但是利用计算方法建立MOF膜的构效关系还存在一定的难度。因此,建立MOF膜的结构与性能表征的新概念、新方法,并利用MOF膜的结构-性能关系指导实验合成高稳定性、低成本的膜材料将是未来MOF膜的发展方向。     

碳化金属-有机骨架强化种间电子传递产甲烷

为了解决厌氧发酵系统中氢分压限制种间氢扩散速率问题,利用金属-有机骨架ZIF-8衍生多孔碳材料促进乙醇厌氧发酵生产甲烷,探究其对微生物种间电子传递的增强机理。扫描电镜SEM表明ZIF-8衍生多孔碳起到菌群固定化作用,并且能促进纳米导线产生。实验结果表明,随着ZIF-8衍生多孔碳添加量的增加,甲烷产量和最大产甲烷速率逐渐提高。添加200 mg/L ZIF-8衍生多孔碳时,系统导电性提高了3.58倍,三维荧光光谱分析表明ZIF-8衍生多孔碳能够促进微生物胞外聚合物（EPS）中类富里酸的相对含量由18.0%提高到23.6%,对应的甲烷产量和最大产甲烷速率分别增加了18.81%和19.04%。     

金属-有机骨架复合材料的制备及其二氧化碳吸附性能

通过原位溶剂热法分别合成了HKUST-1、MIL-101、UiO-66与羟基化介孔氧化硅泡沫（MCF-OH）的复合物,并对材料进行了PXRD、SEM、低温N2吸-脱附、XPS、TGA表征及298K下的CO₂吸附测试。结果显示：3种复合材料中都形成了对应MOFs的晶型结构,但由于各类MOFs金属中心的不同,MCF-OH对MOFs的形貌产生了不同的影响。其中,HKUST-1^#MOF-OH复合材料中MCF-OH的加入对HKUST-1的生长起到了导向作用,在两者界面间形成了新的介孔结构,并且其微孔孔径尺寸更接近CO₂的动力学直径。另外两种复合材料中MCF-OH的加入主要对其MOFs晶型颗粒的生长起到了限制作用,使其晶型颗粒尺寸减小,从而带来了比表面积的增加。3种复合材料的CO₂吸附量都较纯MOFs材料有所提高,并且由于HKUST-1^#MOF-OH复合材料中微孔孔径尺寸的减小以及新的介孔结构的引入使其对CO₂的吸附更加高效,因此其较纯MOFs材料的吸附性能提升效果最为明显。