金属-有机框架(MOFs)衍生材料及其在储能器件和电催化领域的应用

金属-有机框架(MOFs)是一类由金属离子/团簇和有机配体通过配位形成的具有多孔结构的无机-有机杂化材料。MOFs具有比表面积高、孔径均一、结构可调等优点,受到了人们的广泛关注。然而,MOFs的导电性和稳定性较差,制约了其应用的进一步拓展。以MOFs作为前驱体,通过水热反应或煅烧得到组成、形貌、结构可调的MOFs衍生材料,既能够保持MOFs材料结构多样性和多孔性的特点,又能有效提高其导电性和稳定性,近年来已成为该领域的研究热点。然而,MOFs衍生材料单一的组成和结构,使其能够提供的性能(如电容性能、催化性能)有限,极大地限制了其相关应用的发展。因此,近几年除了研究制备各种不同MOFs衍生材料外,研究者们主要从MOFs衍生材料的组成和结构方面出发,制备出多样化且在各方面应用中(如储能器件、催化)表现出优异性能的材料。MOFs衍生材料作为性能优异的应用型材料,其研究较为成熟的组成和结构分别主要包括多孔碳、金属氧化物、金属硫化物、金属磷化物、金属氢氧化物以及纤维状结构、中空结构、核壳结构等。MOFs衍生材料不仅具有高的比表面积、均一的孔径分布,通常还结合了衍生多孔碳的高导电性及其他衍生材料(金属化合物或掺杂的金属原子及杂原子,如N、P、S等)的优异性能(如电容性能、催化性能),从而发挥出更加优异的性能。其中,MOFs衍生金属化合物材料具备多孔结构,能够提供优异的容量性能及催化性能等,且其性能通常优于通过其他方法制备得到的同种材料。从结构方面出发,近几年,研究者们通过调控前驱体结构亦或是反应条件,制备得到多种不同结构的MOFs衍生材料。一方面,部分制备得到的结构(如核壳结构、中空结构)可以缓解MOFs衍生材料在使用过程中所受到的冲击,从而表现出优异的循环性能。另一方面,通过调控MOFs衍生材料的结构,使其活性位点得到充分的暴露,从而使其性能得到最大化的发挥。本文综述了MOFs衍生材料的研究进展,包括组成特点、结构调控,及其在储能器件、催化领域的应用,最后阐述了MOFs衍生材料研究领域当前面临的挑战以及未来的发展前景。     

金属-有机框架材料碳化制备多孔碳及其应用

近年来,金属有机框架材料(MOFs)作为一种新型的有机-无机杂化多孔材料,因其具有比表面积大、孔道和化学性质可调等特点而被广泛应用于吸附、催化、气体储存等领域,但是由于MOFs的不稳定性使其在应用方面受到限制。为了克服这方面的限制,可以通过碳化法使其更加稳定。综述了以MOFs为模板,通过直接和间接碳化法来制备稳定多孔碳材料,并对其在吸附、催化等方面的应用进行了叙述。     

金属有机框架材料载体系统在食品抗菌包装中的应用

目的 综述金属有机框架材料(Metal-organic frameworks,MOFs)作为载体系统在食品抗菌包装领域的研究现状和应用进展,以期为MOFs类抗菌包装材料的研发和应用提供参考。方法 介绍MOFs的基本概念及分类,概述MOFs的制备方法(加热法、机械法和电化学法等),总结归纳近年来MOFs作为载体系统在无机抗菌剂、有机抗菌剂和天然抗菌剂领域的应用,并讨论MOFs作为载体系统的机遇和挑战。结论 MOFs作为一种有机与无机相结合的多孔性复合材料,不仅可有效封装抗菌剂,实现缓释和控释,且将MOFs复合材料作为高分子填料可提高其抗菌性能、力学性能和抗紫外线性能等,因此在制备高效、安全的食品抗菌包装方面具有巨大潜力。     

基于静电纺丝技术的聚合物基MOFs纳米纤维膜的研究进展

基于静电纺丝技术的金属有机骨架纳米纤维膜材料(Metal-Organic Frameworks Nanofibrous Membranes, MOFs NFMs)综合了无机多孔材料和聚合物纳米纤维的优势, 是一类具有广阔应用前景的功能性材料。目前已经开发出不同功能的MOFs NFMs, 其应用领域也在不断扩展。本文介绍了MOFs NFMs从制备研究向应用研究的发展历程, 详述了现阶段制备MOFs NFMs的主要方法, 包括混合纺丝法、原位生长法、多步种子生长法和原子层沉积法等; 阐述了目前MOFs NFMs的主要应用领域, 如吸附分离、多相催化、传感检测等; 展望了MOFs NFMs的发展方向和趋势。     

聚合物基MOFs复合材料的制备及应用

金属有机骨架化合物(MOFs,配位聚合物)主要是由金属离子与有机配体通过自组装作用而形成的一种有机无机多孔配合物,它具有结构可调、孔隙率高以及比表面积大等特点,在生物医药、传感、气体分离膜等方面有着广泛的应用,但单一的MOFs材料也有一定的缺点,如稳定性差、机械强度低等。为了改善其缺点,一些研究者将MOFs材料与无机物、有机物复合,在改善MOFs材料缺陷的同时扩宽它的应用范围,本文重点阐述了MOFs材料与聚合物的复合研究进展。本文根据MOFs材料的命名、组分单元和合成方法的不同将MOFs分为以下几类,如网状金属有机骨架材料(IRMOFs)、类沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)、莱瓦希尔骨架材料(MILs)、孔/通道式骨架材料(PCNs)等;归纳了聚合物基MOFs复合材料常用的两种制备方法,即物理共混法和原位法;总结了聚合物与MOFs间的复合方式,主要有非共价键复合和共价键复合。非共价键复合包括氢键、范德华力、静电作用等;共价键复合主要是氨基与羧基间的复合。在非共价键复合和共价键复合中都有氢键的作用,并且通过共价键可以使聚合物和MOFs材料更好地复合,从而使聚合物基MOFs复合材料更加稳定,应用更加广泛。最后介绍了聚合物基MOFs复合材料在生物医药、传感、气体分离膜等方面的应用现状,并对聚合物基MOFs复合材料的发展趋势进行了展望,主要包括复合材料的复合方式、复合材料的结构调控,以及复合材料在其他领域的应用。希望本文能为聚合物基MOFs复合材料方面的研究提供一定的指导与借鉴。     

磁性MOFs材料在环境污染物分离检测应用中的研究概况

金属有机框架(MOFs)材料具有较大比表面积和可调孔径等特点,已成为近年来的研究热点,它在催化、储氢、药物缓释和吸附分离等领域拥有广阔的应用前景。但MOFs材料回收困难的缺点限制了其推广应用,因此人们将传统MOFs材料与功能性纳米粒子结合,形成新型纳米复合材料,这极大地拓宽了MOFs的应用范围。介绍了MOFs与磁性纳米颗粒结合构成磁性金属有机框架(MMOFs)材料的制备方法,及其在环境污染物检测分离领域中的应用进展。     

多功能MOFs基复合材料研究进展

金属-有机框架(MOFs)材料是通过金属离子与有机桥联配体自组装形成的配位聚合物,因其易于制备、结构多样及孔道表面可修饰等特点成为新一代的晶体多孔材料。而由于MOFs机械强度低且化学稳定性差,使其发展受到一定限制。构建MOFs基复合材料可以有效弥补这些缺陷,同时可引入新的性质和功能。与单一材料相比,MOFs基复合材料具有更大的比表面积和孔隙率、更高的催化效率和稳定性。介绍了近年来报道的各类MOFs基复合材料的主要制备方法;归纳了MOFs基复合材料的种类;综述了其在气体吸附、光学、催化、传感以及药物缓释等领域的应用;最后对MOFs基复合材料今后的发展进行了展望。     

MOFs的合成及其在食品包装中的应用研究进展

目的 通过对金属–有机框架材料(Metal Organic Frames, MOFs)的合成方法及其在食品包装中的研究进展进行简要介绍和分类总结,为MOFs基功能性食品包装材料的设计和制备提供新的见解,并推动MOFs在食品包装领域中的实际应用。方法 介绍了MOFs材料的合成机理,概述了共沉淀法、扩散法、溶剂热法、微波合成法等MOFs材料的制备方法,根据功能分类介绍了MOFs及其复合材料在抗菌、保鲜、催熟、检测等食品包装领域的研究进展,并讨论了MOFs在食品包装应用中的挑战和机遇。结论 可以对MOFs的组成和结构进行设计和调整,从而获得丰富的物化特性,以实现食品包装所需的特定功能。MOFs材料在未来功能化、智能化食品包装领域中具有良好的应用价值和产业化前景。     

MOFs基材料对金属离子吸附分离的研究进展

金属有机框架(MOFs)基功能材料在金属离子吸附等方面具有重要的应用价值和前景。通过表面改性或功能化MOFs可得到对不同离子响应的高效吸附材料，这种响应是依靠MOFs材料的本身优良属性或与改性材料之间的协同作用，进而充分发挥各组分的优势实现不同金属离子的吸附分离。介绍了MOF基吸附材料的类型、制备方法以及其对金属离子吸附的研究进展，并对功能化的MOFs材料的研究方向进行了展望。     

多糖/金属有机框架(MOFs)复合气凝胶的制备及应用进展

气凝胶材料是一类具有三维纳米结构的多孔材料,在航空航天、石油化工、环保工程、建筑工程、化学催化、医药卫生等领域表现出广泛的应用价值,自问世以来一直深受人们的关注.由纤维素、壳聚糖、海藻酸等多糖制备得到的气凝胶材料不仅能够保持传统气凝胶高孔隙率、大比表面积、低密度的特点,还具备了天然高分子可再生、可降解、生物兼容性好的优点,成为了当前的热门材料之一.金属有机框架(MOFs)是一类由金属节点以及有机配体通过配位作用组装形成的多孔框架材料,在吸附、催化、传感、载药等领域都表现出巨大的应用潜力.随着对材料应用功能、加工性能、循环使用性能等要求的提升,近年来人们对多糖/MOFs复合气凝胶材料的研究兴趣逐渐高涨.自2016年第一例纤维素纳米晶/MOFs复合气凝胶材料被报道以来,研究人员尝试了多种不同的多糖以及MOFs组合,制备了不同类型的多糖/MOFs复合气凝胶材料,并探索了它们在不同领域的应用.本文首先总结了多糖/MOFs复合气凝胶材料的三种常见制备策略:(1)将预先制备好的MOFs与多糖直接混合制备复合气凝胶;(2)在多糖分子表面原位生成MOFs之后再制备复合气凝胶;(3)在已制备好的多糖气凝胶中原位生成MOFs再制备复合气凝胶.通过相应的实例详细介绍了这些制备方法的特点,然后分别介绍了多糖/MOFs复合气凝胶材料在不同领域中的应用情况,最后针对当前该领域研究存在的不足以及面临的问题提出了解决方法并展望了未来可能的发展方向.     

导电金属有机骨架材料在超级电容器中的应用

随着电子技术的持续发展, 对供电设备的要求也相应提高。超级电容器(SCs)具有较高的能量密度和优异的功率输出性能, 是新一代小型化、智能化、可穿戴电子设备的理想供电装置。开发能够快速充放电、性能稳定的SCs产品是储能领域的研究重点。电极材料作为SCs最重要的组成部分, 是进一步提升其性能的关键。导电金属有机骨架(MOFs)作为新型SCs电极材料, 具有规整的孔道结构、大比表面积、多种形貌及维度、可调控的导电性能等优异性质, 展现出巨大的潜力并引起了广泛关注。本文结合SCs的储能机理, 介绍了导电MOFs的结构、制备及导电机制, 进一步阐述了其作为SCs电极材料的设计策略, 重点综述了其在SCs领域的研究进展, 并展望了其应用前景与发展方向。     

贵金属纳米粒子/金属有机骨架复合物的制备与应用进展

贵金属纳米粒子/金属有机骨架复合物因其在催化、传感、气体吸附与存储等诸多领域的应用前景而受到广泛关注。综述了贵金属纳米粒子/金属有机骨架复合物的制备方法及应用进展。对这类复合物的制备方法进行了归纳,并分析了其特点;总结了其在储氢、多相催化等领域的应用,以便更好地了解其应用前景。     

水滑石类化合物及其制备、应用的研究进展

介绍了水滑石类化合物的结构和性质,综述了水滑石类化合物的制备方法及其在催化材料、红外吸收材料、紫外阻隔材料、阻燃抑烟材料、热稳定剂、生物医药材料、分离与吸附材料等方面的应用研究进展,并指出了当前水滑石类化合物制备与应用研究中存在的问题。     

Quantum dot nanostructures

Low dimensional structures (LDS) form a major new branch of physics research. These semiconductor structures have such a small scale in one- or two-dimensions that their electronic properties are significantly different from the same material in bulk form. These properties are changed by quantum effects. There is increasing interest in the preparation, study, and application of LDS. Their investigation has revitalized condensed matter science, in particular semiconductor materials. Complex LDS offer device engineers new design opportunities for tailor-made new generation electronic and photonic devices. New crystal growth techniques such as molecular beam epitaxy (MBE) and metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) have made it possible to produce LDS in practice.These sophisticated technologies for the growth of high quality epitaxial layers of compound semiconductor materials on single crystal semiconductor substrates are becoming increasingly important for the development of the semiconductor electronics industry. This article is intended to convey the flavor of the subject by focusing on the technology and applications of self-assembled quantum dots (QDs) and to give an introduction to some of the essential characteristics.     

A nanoporous molecular magnet with reversible solvent-induced mechanical and magnetic properties

Interest in metal-organic open-framework structures has increased enormously in the past few years because of the potential benefits of using crystal engineering techniques to yield nanoporous materials with predictable structures and interesting properties. Here we report a new efficient methodology for the preparation of metal-organic open-framework magnetic structures based on the use of a persistent organic free radical (PTMTC), functionalized with three carboxylic groups. Using this approach, we create an open-framework structure Cu3(PTMTC)2(py)6(CH3CH2OH)2(H2O), which we call MOROF-1, combining very large pores (2.8-3.1 nm) with bulk magnetic ordering. MOROF-1 shows a reversible and highly selective solvent-induced 'shrinking-breathing' process involving large volume changes (25-35%) that strongly influence the magnetic properties of the material. This magnetic sponge-like behaviour could be the first stage of a new route towards magnetic solvent sensors.     

嵌段共聚物及其在有序介孔材料制备中的研究进展

介绍了近年来嵌段共聚物及其在制备有序孔材料中的应用与发展。综述了嵌段共聚物的结构特点、制备方法、自组装机理及利用嵌段共聚物自组装和利用嵌段共聚物作为模板剂制备有序介孔材料,指出了嵌段共聚物在制备有序介孔材料应用中的优点、社会价值和需要解决的问题。     

氧化铒涂层制备技术的研究进展

核聚变环境中材料的防氚渗透问题是聚变堆材料研究的重要课题之一.近年来,Er2O3涂层凭借着优良的热稳定性和防氚渗透性能引起了人们极大的关注.影响Er2O3涂层大规模应用在于其制备工艺及性能.综述了Er2O3涂层的制备技术及相关发展现状,展望了今后的发展趋势.     

脲醛树脂高技术应用研究进展

综述了脲醛树脂作为微胶囊囊壁材料在相变储能材料、自修复材料、显示器介质材料等领域的应用,以及以其为模板制备的有机或无机微球在液相色谱分离、超级电容器、CO_2吸附剂等领域的研究进展,进一步提出了该领域尚待解决的问题并对其应用前景进行了展望。