基于金属有机框架材料设计合成锂离子电池电极材料的研究进展

金属有机框架材料 (Metal-organic frameworks,MOFs）是一种新颖的多孔晶体材料,具有比表面积大、孔隙率高、结构可设计性强等优点,但是,MOFs的低电导率以及在电解液中的稳定性等问题限制了其作为电极材料的应用。近年来,如何结合MOFs的优势进行锂离子电池电极材料的设计与合成受到了越来越多的关注。目前,通过自牺牲得到的多孔碳骨架和金属化合物等MOFs衍生复合电极材料,不仅解决了电导率低的问题,而且保留了MOFs的高比表面积和复杂多孔结构,为锂离子的插入/脱出、吸附/解吸等过程提供了丰富的活性位点;与此同时,从结构单元和化学组成方面增加了材料结构的复杂性,开放性的孔隙结构可以缓冲体积膨胀带来的机械应力,对外来离子存储和多离子传输具有重要的意义。本文综述了MOFs及其衍生物在锂离子电池电极材料的设计和研究中取得的最新进展,重点阐述了针对锂离子电池电极材料的要求进行MOFs形貌控制和修饰的方法,以及具有多孔、中空或特殊结构的MOFs衍生电极材料的制备关键影响因素及其结构特性对电化学性能的影响。最后,分析了MOFs衍生电极材料的研究挑战和发展方向。      

金属有机框架(MOFs)衍生物的制备及其在电催化方面的应用

金属有机框架(MOFs)是由金属离子或团簇和有机配体组成的、由中等强度的配位键连接起来的具有分子内孔隙的有机-无机杂化材料。MOFs具有比表面积大、孔隙度高、结构多样性及孔道表面可修饰等特点,因此, MOFs衍生材料在催化领域得到了广泛的研究和应用。近年来,在电化学催化领域,大量的由MOFs衍生得到的碳纳米材料或纳米颗粒与碳的复合物被运用于电催化时表现出优异的催化性能。为了制备出具有不同催化功能且高效的MOFs衍生物催化剂,需要重点关注MOFs材料本身的特性(结构、杂原子掺杂等)与热处理条件(活化气氛、温度、时间和加热梯度)等条件对催化剂电催化性能的影响。因此,主要从不同金属中心离子的角度介绍了以MOFs为前驱体制备多孔碳纳米材料、纳米颗粒/碳复合物的方法及其在还原反应(ORR),析氢反应(HER)两大电化学催化方面的应用,并对MOFs衍生物催化剂未来的发展趋势进行了展望。     

金属有机框架材料的合成及电催化性能研究

金属有机框架材料(MOFs)由金属团簇和有机配体以配位键的形式结合而成,是一种比表面积大、活性位点多的多孔性材料.近年来,已经成功制备出功能多样性的新型材料,并应用于不同的领域,通过MOFs连接起不同学科的交叉融合.MOFs的发展前景良好,在电催化领域,研究者们发现其具有巨大潜力,并在研究过程中取得了重大突破.文章将从金属有机框架材料的几种常见合成方法,及它的电催化性能及其应用等方面展开.     

过渡金属有机框架结构构件及电解水研究进展

金属有机框架(MOF)材料由于其比表面积大、孔隙率高、结构可调控和单分散的活性中心等特性, 在吸附分离、气体储存和电催化等领域具有巨大的应用前景, 其中, 在催化领域的应用尤为突出。目前, 利用传统方法所制备的MOF虽然含有具有催化活性的金属, 但是MOF中的金属位点通常和有机配体相结合, 无法很好的暴露出来, 导致在催化过程中表现出来的活性很低。因此大部分关于MOF催化性能的研究, 主要集中于MOF与纳米金属粒子相结合的方式。文中总结分析了近年来以不同合成方法制备的零维、一维和二维MOF结构, 并对基于过渡金属构建的MOFs材料在电催化水分解的应用进展和面临的挑战进行了分析讨论。      

金属有机骨架化合物(MOs)的研究进展

随着社会的不断发展,国民经济也在不断增长,人们的生活水平也得到了提高。但是同时高消耗高污染的资源使用也对当前生态环境造成了严重的破坏,让有限资源变得越来越稀少。因此,需要提高人们的环保意识,开发可以循环利用的清洁能源,既能够推动经济增长,又可以维护生态平衡,实现可持续发展。近年来通过不断研究发现了金属有机骨架化合物MOFs,是由处于过渡期的金属离子和氮元素或氧元素有机配位形成。研制出的新型金属有机骨架化合物MOFs不仅尺寸小,可以实现纳米级,而且由于其他独特的规律性的骨架孔道结构也让这种材料具备了大比表面积、孔隙率高、固体密度小等常规材料所不具备的优势。MOFs被广泛应用在工业的吸附、催化等方面,并取得了显著的成绩,是我国工业可持续发展的重要组成部分。本文将从金属有机骨架化合物(MOFs)的合成方法出发,详细论述了当前MOFs合成的常用方法,其次着重探索了MOFs在吸水、气体储存等方面的应用和独特价值,分析了目前MOFs在发展和应用中存在的困难,并对其发展前景进行了展望,进而推动金属有机骨架化合物MOFs的研究和推广,实现绿色工业发展,促进经济可持续发展。     

MOF材料在水环境污染物去除方面的应用现状及发展趋势(Ⅰ)

金属有机骨架(Metal-organic frameworks,MOFs)是一类有机-无机杂化材料,通常是指金属离子或金属簇与含氮、氧刚性有机配体通过自组装过程形成的功能性多孔材料.MOF材料具有丰富的可设计的结构类型、可调控的化学功能、低密度的骨架、超高的比表面积,以及可功能化的永久的孔空间,在气体存储与分离、催化、传感、药物运输与缓释等领域都有广泛的应用潜力.近年来,MOF及其复合材料已经被应用于多种污染物的去除.本文对近年来MOF材料去除水环境中重金属、有机物的相关研究进行了总结与评述.本篇是该主题的第一篇,主要针对MOF材料在水体重金属污染物去除方面的研究进行论述.通过对以往的研究分析可知,MOF材料对常见重金属Pb2+、Cu2+、Cd2+、Co2+、Ag+、Cs+、Sr2+、Hg(II)以及TcO4-、Se(VI)、As(III)、As(V)均具有高效吸附性能,甚至部分MOF材料的吸附性能远高于传统吸附材料.主要的吸附机理包括:静电引力、配位/螯合作用、离子交换作用、孔道吸附(物理吸附)等.最后,基于以往的研究成果对未来的研究趋势进行了展望.     

MOFs衍生TMO/C在锂离子电池负极材料的应用

锂离子电池商用负极材料石墨比容量低，难以满足市场需求，金属有机骨架材料（metal-organic framework materials,MOFs）具有可调控的结构、较大的表面积和可调节的孔径，可用作下一代电化学储能器件，引起广泛研究。本文综述了金属（Fe、Co、Zn、Mn、Cu）基金属有机骨架及其衍生物的合成，重点介绍了以金属有机骨架材料为前驱体制备过渡金属氧化物（transition metal oxide,TMO）/C作为锂离子电池负极材料的研究进展，并对其发展方向进行了展望。     

稀土有机框架材料（Ln-MOFs）的合成及应用

稀土有机框架材料 (Ln-MOFs) 因镧系离子存在特殊的电子排布[Xe]4fn (n = 0～14)而具有独特的发光性和磁性,且具有不饱和配位的金属位和大的比表面积,在化学工业中具有广阔的应用前景而备受关注. 研究表明,Ln-MOFs具有特殊的拓扑结构以及特定尺寸和形状的孔道,是一种新型多功能结晶材料,涉及了无机化学、有机化学以及配位化学等多学科,然而,通过简单的设计直接合成得到精确的Ln-MOFs是比较困难的,且有机配体和镧系金属单元具有无穷组合,故Ln-MOFs的合成与应用依然是今后研究的重点. 文中以设计合成稀土有机框架材料(Ln-MOFs)的配体类型为主线,综述了Ln-MOFs的合成与结构,重点阐述了其在催化剂、热稳定性、气体吸附、发光材料、磁性材料等方面的应用.      

有机硫稀土配合物的应用研究进展

有机硫稀土配合物是以有机硫软碱配体与稀土离子配位形成的一类化合物,由于有机硫稀土配合物具有的一些可能的特殊性能和应用,近年来有机硫稀土配合物的研究已成为稀土配位化学研究的重要领域之一。本文综述了二硫代(氨基)甲酸、二硫代磷酸、硫脲、硫醇等有机硫稀土配合物的合成、结构与性质的研究进展,系统综述了有机硫稀土配合物在纳米稀土硫化物制备、橡胶硫化、新型摩擦剂、生物抗菌剂、催化剂、单分子磁性、电致发光材料、镧系元素萃取分离等方面的潜在应用。     

无机吸附材料分离提取铷铯的研究现状

铷铯是重要的战略资源，被人们广泛应用于航天、医疗、激光材料、特种玻璃以及化学化工等领域。近年来，铷铯资源的分离提取技术及其应用得到了深入研究，其中吸附法作为最具潜力的铷铯分离提取方法之一，一直是该领域的研究热点，在众多铷铯吸附材料当中无机吸附材料的研究尤为广泛。将吸附法分离提取铷铯的无机吸附材料按照来源和组成不同将其分为天然矿物类、无机盐类、金属氧化物类以及其它类等几大类，综述了近年来无机吸附材料在分离提取铷铯资源中的研究现状，总结了各种吸附材料的优缺点，展望了吸附法分离提取铷铯技术的发展方向和应用前景。     

基于金属-有机框架的乙酰丙酮荧光传感器的研究进展

乙酰丙酮作为重要的化工原料,常用作分析试剂、有机合成中间体等,但人体长时间暴露在乙酰丙酮中会受到一定程度的伤害。目前已有诸如高效液相色谱法、核磁共振法和质谱法等检测乙酰丙酮的方法,但上述方法需要专业人员及大型仪器,且耗时长、操作复杂,因此迫切需要寻找快速高效的乙酰丙酮检测方法。金属-有机框架(Metal-Organic Frameworks,MOFs)材料因其具有丰富的孔隙结构、孔道可调控、比表面积大等特点,在催化、传感、气体储存和分离等方面有着广泛应用,是当前无机化学领域的研究热点之一。MOFs作为荧光传感器具有成本低、响应快速、灵敏度高和效率高等显著优势,可实现对乙酰丙酮的快速高灵敏检测。本文综述了近十年来MOFs用于荧光传感乙酰丙酮的研究进展,并详细总结了其荧光传感机理。      

共价有机框架材料研究进展

共价有机框架(COF)材料是通过自下而上方法合成的结晶多孔聚合物,其共价键连接的分子构建单元可在二级和三级结构上实现预先设计,能够合成高度有序的刚性多孔结构,并能够微调其化学和物理性质。这种材料在气体储存、分离、传感、电化学能量存储、光电子学、催化和放射性元素吸附治理等领域都有可观应用前景。概述了共价有机框架材料的结构,讨论了不同合成方法的结晶度、成膜条件,并展望了其未来的发展前景。     

金属有机骨架（MOFs）/纤维材料用于电阻式气体传感器的研究进展

总结了将MOFs材料与金属氧化物、纺织品以及碳基导电纤维材料相结合,并在电阻式气体传感器领域的研究与应用。其中金属氧化物结合MOFs过程中,MOFs主要有两个作用:一是作为分散剂提高金属氧化物的分散性;二是利用MOFs本身具有较大的比表面积和大量的活性位点,来提高材料对于气体分子的吸附量和选择性。当纺织品与MOFs结合的过程中,由于纺织品的导电性相对较差,所以需要结合一些导电性及气体选择性较好的MOFs来作为传感器。碳基导电纤维一般具有较好的机械性能和导电性能,因此将其与MOFs材料复合后用于柔性电阻气体传感器具有一定的优势。      

MOF材料在水环境污染物去除方面的应用现状及发展趋势（II）

对近年来MOF材料去除水环境中重金属、有机物的相关研究进行了总结与评述。本篇是该主题的第2篇,主要对MOF材料去除水中有机污染物的相关研究进行总结和论述。研究表明,MOF材料含有大量开放性金属位点、路易斯酸碱位以及官能团,因而对染料、抗生素、农药、持久性有机污染物等均具有较高的吸附性能。氢键、π?π作用、疏水作用和静电引力是其吸附有机污染物的主要机制,部分MOF材料中较大的孔道结构也有利于大分子有机污染物的吸附;另外,部分MOF材料还具有优异的催化性能,能够作为类Fenton催化,光催化以及过硫酸盐活化的催化剂实现对有机污染物的催化降解,其中光催化反应中污染物的降解主要源于·O2?、·OH和h+的贡献;而在过硫酸盐体系中,·O2?、·OH、SO₄·?和1O₂是导致有机污染物分解的主要活性氧化物种。基于对先前研究的回顾,相信未来的研究领域包括但不限于以下方面:（1）进一步提高MOF在去除有机污染物方面的性能,并提高其可回收性;（2）开展新型MOF催化材料的制备及催化反应机理的研究;（3）研究MOF缺陷结构的调控,以开发具有更高吸附和催化性能的新型MOF材料;（4）研究新的框架材料,例如共价有机骨架（COFs）材料,并将其应用于污染物净化领域。      

纳米铁酸锌粉末制备的研究进展

纳米铁酸锌以其优异的性能在催化、环保等领域呈现出广阔的应用前景。近年来,随着有关产品向小型化、轻质量化和高性能化方向发展以及应用领域的不断拓展,其制备技术已成为材料研究领域的热点之一。为加速这一研究的进程,文章作者简明地介绍了纳米铁酸锌的结构、性能及其应用,比较详尽地综述了近年来在纳米铁酸锌制备方法方面的一些新的研究进展,包括机械化学合成法、溶胶凝胶法、水热法、冲击波合成法、低温燃烧合成法、喷雾热分解法、化学共沉淀法等,并有针对性地指出其优点、不足及今后的研究方向。     

蒽醌类有机电极材料在新型二次电池中的应用研究进展

蒽醌类有机材料是一类具有理论比容量大、氧化还原活性高、电化学可逆性强、结构可设计等优点的低成本、高能量密度的电极活性材料,其在储能方面表现出巨大的潜力。然而,蒽醌小分子在常用的有机电解液中易于溶解,以蒽醌为电极活性材料的二次电池存在容量易衰减、电池寿命短、电池循环可逆性低、倍率性能较差等问题。随着研究手段的进步,可以通过分子设计对其电化学性能进行调节,蒽醌类有机材料作为具有广阔应用前景的电极活性材料被广泛研究。旨在总结近年来蒽醌类有机电极材料在二次电池方面的研究进展,分析了几类典型的蒽醌类小分子化合物、聚合物以及化合物(聚合物)-复合材料的合成方法及其电化学性能,并对部分电化学反应过程机制进行分析。最后对蒽醌类有机电极材料目前面临的问题和未来的发展方向进行了总结和展望,提出可通过引入活性基团、掺杂含碳材料、优化合成路线等方法,将实验与理论计算相结合,设计出综合性能更加优异的蒽醌类有机电极材料。     

尿素辅助模板法合成介孔氮掺杂CeO_2及其CO_2捕获应用研究

以硝酸铈为前驱物,以尿素为助剂,采用一种简单的模板法合成了介孔氮掺杂CeO_2材料.利用X射线衍射仪(XRD)、吸附-脱附仪(BET)、透射电子显微镜(TEM)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等设备对合成材料进行表征.多种测试结果证明:试验得到的纳米材料具有均一的介孔结构和较高的比表面积(124.8 m~2·g~(-1))并掺杂了氮元素.同时,测定了介孔CeO_2材料对于CO_2的吸附性能,并研究了氮掺杂对CeO_2材料的CO_2吸附性能的影响.结果表明:相比未掺杂氮的介孔CeO_2,氮掺杂的介孔CeO_2具有更好的CO_2吸附性能和循环吸附脱附性能.     

稀土金属有机框架的研究现状及应用进展

稀土元素金属有机框架(Ln-MOFs)是一种基于镧系稀土金属与有机羧酸类或者含氮杂环配体在水热条件下反应生成的具有特殊拓扑结构的高分子化合物。简述了Ln-MOFs的结构和常用制备方法，包括水热法、微波辅助和超声波辅助合成法。介绍了Ln-MOFs材料在化学传感、分子催化、发光、医学成像等诸多领域的最新应用以及作用原理，为其进一步开发及利用提供参考。Ln-MOFs材料因兼具镧系元素离子特殊的电子层结构和MOF结构的可调性在上述诸多领域中展现出极大的应用前景，是一种很有前途的功能高分子材料。基于研究现状和不足，提出了Ln-MOFs的未来研究方向。     

基于含稀土元素关键材料的有机硫污染物脱除研究进展

稀土元素因具有特殊的外电子层结构，在诸多优异的功能材料中占据重要地位，被广泛用于催化、吸附、电磁、生物成像等基础与应用技术研究中。此外，稀土元素可作为催化剂活性物质、助催化剂、添加剂、载体、吸附剂活性物质，被成功地应用于诸多环境保护与污染物治理相关过程。羰基硫(COS)作为一类最主要的有机硫污染物之一，广泛存在于包括天然气、钢铁行业高炉煤气等多种工业烟气与燃料气中。目前，实现COS的高精度大通量脱除对燃料产品增值与环境保护意义重大。本文从COS催化水解、COS吸附以及COS加氢转化等多方面综述了稀土元素在有机硫COS脱除研究领域的发展现状与技术进展，讨论了稀土元素应用于COS脱除方面亟待解决的关键问题。     

以MOFs为模板制备TMO/C复合材料 在锂离子电池中的应用

商用负极材料石墨理论比容量较低,无法满足市场的需求,发展具有更高比容量的负极材料来替代石墨至关重要.介绍了过渡金属氧化物(TMO)和金属-有机框架(MOFs)的特点及锂离子电池负极材料性能改进的方法,综述了以MOFs为前驱体制备TMO/C复合材料作为锂离子电池负极的优点及研究进展,并对此类负极材料的发展趋势进行了总结与展望.