功能化金属有机框架材料的设计、合成与性质研究

基于金属有机框架的机理和性质,设计新的构筑单元和合成条件,以推动金属有机框架材料在多领域的良好应用和发展。     

金属有机框架材料及其改性膜的研究进展

介绍了金属有机框架纳米材料的不同合成方法并对这些方法的优缺点进行了比较.论述了MOFs纳米材料在分离膜中的不同掺杂方式,包括混合基质薄膜、纳米材料复合薄膜、金属有机框架纳米薄片.并简要介绍了金属有机框架掺杂分离膜的应用.分析表明,由于金属有机框架是由金属离子和桥联有机配体组成的具有规整、可调节的孔隙结构的纳米材料,分离...     

金属有机框架材料的水稳定性及吸水应用进展

水蒸气广泛存在于空气和工业气体中,收集利用或去除水蒸气都需要利用高吸水储水的吸附剂。金属有机框架材料(metal-organic frameworks,MOFs)作为一种具有高孔隙率、高比表面积的新型多孔材料,同时具备网状结构和孔径可控调节的特性,被广泛应用于吸附、分离、催化、过滤等多个领域。将MOFs应用于水吸附领域不仅要求MOFs具备较高的水稳定性,还需要具备亲水和吸附-脱附循环能力。本文综述了水稳定性MOFs的基本组成,基于皮尔森软硬酸碱理论的设计原则,水吸附行为的影响因素以及空气集水、气体除湿等应用领域的进展,以饱和吸湿量为参考罗列了13种水吸附MOFs及其衍生物的物理参数。最后总结了水吸附MOFs在合成机理、批量制备和应用领域存在的问题,并对应提出了解决思路,期望为MOFs在水吸附应用的研究方向提供有价值的参考。     

共价有机框架材料的最新进展

共价有机框架材料（covalent organic frameworks,COFs）是一类新兴的材料,是一种由有机构筑基元构成并用可逆的共价键进行连接、具有结晶性和周期性的多孔材料。因为这种材料比表面积大、密度低,拥有多样性的结构、优秀的热稳定性及孔道易修饰等优点,越来越受到人们的关注。本文综述了近年来COFs的最新发展动态,将其按照基底材料不同进行分类,介绍COFs在储能、光电、催化、生物医药等方面的应用和发展,包括气体的吸附和存储、材料的光电导性、催化反应进行的性能、手性分离和药物缓控释等;讨论了COFs结构的表征以及相比于其他材料所具有的优越特性。最后指出COFs未来发展趋势是合成具有高度稳定性、结构可控、成本低廉的功能性材料,并对其在实际中的应用前景进行展望。     

卟啉金属有机框架材料的制备和应用进展

卟啉金属有机框架材料（metal-organic frameworks,MOFs）是近年来发展起来的一类新型金属有机框架材料。由于卟啉分子具有独特的光电结构,除了可作为MOFs结构中有机配体外,通过后修饰法将卟啉分子、功能性纳米材料组装在MOFs上,可得到各类功能性MOFs。因此,卟啉相关MOFs材料被广泛应用于多个领域,尤其是生物医学领域。本文从卟啉相关MOFs材料的合成策略、应用出发,综述了近5年来卟啉相关MOFs材料在光动力治疗、催化、传感等领域的研究进展,同时展望了卟啉相关MOFs材料在生物医学领域的应用。     

金属有机框架材料在肿瘤光疗上的研究进展

金属有机框架材料是由金属离子或离子簇连接有机配体而形成的杂化多孔材料。近年来,金属有机框架凭借高孔隙率、大比表面积和结构的多样性,在过去几年中作为生物医用材料受到了广泛关注。光动力治疗和光热治疗因副作用小且无侵袭性而成为肿瘤治疗新手段。本文主要介绍了MOFs材料作为癌症光疗平台的研究进展并对未来金属有机框架材料在肿瘤光疗上的发展做出了展望。     

卟啉金属有机框架材料在传感领域的应用

卟啉金属有机框架材料(Por-MOFs)不仅具有MOFs独特的多孔性、高比表面积以及易功能化的优点,而且具有结构可调性及优异的光、电、磁性能.这些优异的性能使Por-MOFs可作为生物传感器的识别和信号单元.从Por-MOFs材料的制备方法、传感器的构建、传感机理等方面出发,着重对Por-MOFs在金属离子、生理活性物...     

金属有机框架化合物应用于催化反应研究进展

金属有机框架化合物(Metal-organic frameworks,MOFs)是一种新型有机骨架材料,具有高的表面积和孔隙率,而且多孔框架结构丰富、可控性强,在催化领域具有较大的应用潜力。综述了MOFs催化剂具有的结构特点,并根据MOFs材料的催化方式总结了其在催化方面的相关应用,探讨了MOFs在实际催化应用中的性能优势及可能存在的问题,并对MOFs材料在催化领域中的应用前景做了展望。     

聚合物载体上合成金属有机骨架材料MOF-5的研究

研究了在尼龙66滤膜载体上MOF-5晶体的合成。考察了合成方法及反应物配比对MOF-5晶体性能的影响,采用SEM、XRD和TGA分析技术对所制备的样品进行了表征。研究结果表明,尼龙66滤膜可以作为MOF-5晶体生长的良好载体,且在反应温度130℃、反应时间4 h的条件下,当硝酸锌/对苯二甲酸的摩尔比在2.0∶1.0～2.5∶1.0时,通过溶剂热法可以在尼龙66滤膜载体上合成结构规整、呈立方体形态、晶体大小（〈50μm）和分布都较小的MOF-5晶体。     

新型金属-有机骨架配位聚合物（MOF）的研究龈

金属有机骨架配位聚合物结构多样,性质独特,具有广泛的应用前景,它已成为近几年来一个热门的研究领域,如今它因H2存储方面的潜力受到广泛关注。本文简要介绍该类配位聚合物作为一种新型的多孔材料,在结构和性能方面的研究进展。     

基于Aldol缩合反应的碳碳双键共价有机框架材料的设计合成

具有C₃对称性的三甲基三嗪（TMT）分别与2,4,6-三(4-醛基苯基)-1,3,5-三嗪（TFPT）、均三苯甲醛（TFB）和四氟对苯二甲醛（TFBA）在酸或者碱催化条件下发生Aldol缩合反应,成功构建出3种新型的碳碳双键桥联的共价有机框架材料（TMT-TFPT-COF、TMT-TFB-COF、TMT-TFBA-COF）。本研究通过Material Studio、ZEO⁺⁺等软件对材料进行结构的精确解析,并结合粉末X射线衍射（PXRD）、傅里叶红外光谱（FTIR）等表征手段确定了材料的结构、连接方式及其荧光特性。结果表明,这3种较高结晶度的新型共价有机框架材料均为二维层层堆积结构,其中碱催化条件下合成的TMT-TFPT-COF、TMT-TFB-COF材料呈现出良好的荧光性质,此类荧光COFs材料在光催化、化学传感器等方面具有很好的应用潜力。     

多级孔金属有机骨架材料的合成及其在生物医药中的应用研究进展

金属有机骨架（metal-organic frameworks,MOFs）是多孔材料领域的研究热点之一。MOFs具有高比表面积和孔道均一等特点,但微孔MOFs在大分子应用领域受到限制。本文介绍了延长配体法、模板剂法和聚合物法等多种制备多级孔MOFs的方法,合成后的多级孔MOFs兼具微孔、介孔和大孔,能够参与大分子反应,同时具有水热稳定性和化学稳定性,在催化、气体吸附分离、储能材料等诸多领域表现出优异性能。本文重点介绍了多级孔MOFs在生物医药领域的研究进展,结果表明多级孔MOFs是一种孔道可调节、可在特定条件下分解的生物相容性材料,用于固定化酶和负载医药分子均表现出良好性能。最后讨论了多级孔MOFs材料制备和应用目前存在的问题与挑战,展望了多级孔MOFs材料作为一类新型功能化多孔材料的应用前景。     

Impact of defects on the decomposition of chemical warfare agent simulants in Zr-based metal organic frameworks

Metal organic frameworks (MOFs) containing zirconium secondary building units (SBUs) in UiO-67 and related MOFs, are highly active for neutralizing both the chemical warfare agents and simulants, such as dimethyl methylphosphonate (DMMP). However, two recent publications gave conflicting reports of DMMP reaction with UiO-67 under ultra high vacuum (UHV) conditions, with one reporting chemisorption and reaction (Wang et al., J Phys Chem C, 2017, 121, 11261–11272) and the other reporting only physisorption and reversible desorption (Ruffley et al., J Phys Chem C, 2019, 123, 19748–19758) from very similar temperature programmed desorption experiments. We show that the discrepancy between these experiments may be explained by different levels of missing linker defects in the UiO-67 samples. We present density functional theory calculations showing that SBU sites having two-adjacent missing linkers exhibit reaction barriers that are about 30 kJ/mol lower than SBU sites having a single missing linker. We also show that topology of the undercoordinated sites plays an important role in the reaction barrier under UHV conditions.     

金属有机骨架混合基质水处理分离膜研究进展

金属有机骨架（MOFs）晶体由无机金属离子和有机配体通过自组装合成,具有高的孔隙率和可调节的窗口尺寸,可使MOFs混合基质膜在水处理时同步获得高通量和高截留率,有望突破传统分离膜的渗透性和选择性之间此消彼长的trade-off效应。本文综述了MOFs的典型构造、影响MOFs混合基质膜性能的关键因素、MOFs混合基质膜的制备方法、MOFs颗粒改善混合基质膜水传输和溶质分离性能的原理以及MOFs混合基质膜在水处理微滤/超滤、纳滤/反渗透和正渗透领域的最新研究进展。最后总结了MOFs混合基质膜在水处理领域的未来发展亟待解决的关键问题,主要包括高性能、低成本膜的可控制备、膜结构和性能之间定量构效关系的深入探索以及如何拓宽其应用范围等,对加快MOFs混合基质膜的产业化进程具有指导意义。     

Water adsorption in metal–organic frameworks with open‐metal sites

H₂O adsorptions inside porous materials, including silica zeolites, zeolite imidazolate frameworks, and metal–organic frameworks (MOFs) using molecular simulations with different water models are investigated. Due to the existence of coordinately unsaturated metal sites, the predicted adsorption properties in M‐MOF‐74 (M = Mg, Ni, Co, Zn) and Cu‐BTC are found to be greatly sensitive to the adopted H₂O models. Surprisingly, the analysis of the orientations of H₂O minimum energy configuration in these materials show that three‐site H₂O models predict an unusual perpendicular angle of H₂O plane with respect to the Metal‐O₄ plane, whereas those models with more than three sites give a more parallel angle that is in better agreement with the one obtained from density functional theory (DFT) calculations. In addition, the use of these commonly used models estimates the binding energies with the values lower than the ones computed by DFT ranging from 15 to 40%. To correct adsorption energies, simple approach to adjust metal‐O(H₂O) sigma parameters to reproduce the DFT‐calculated binding energies is used. With the refined parameters, the computed water isotherms inside Mg‐MOF‐74 and Cu‐BTC are in reasonable agreement with experimental data, and provide significant improvement compared to the predictions made by the original models. Further, a detailed inspection on the water configurations at higher‐pressure region was also made, and observed that there is an interesting two‐layer water network formed using three‐ and four‐site models. © 2014 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 61: 677–687, 2015     

金属有机骨架材料在CO2/CH4吸附分离中的研究进展

CO₂/CH₄分离能耗高是生物甲烷过程核心难题之一。金属有机骨架材料（metal organic frameworks,MOFs）由于其优异的CO₂吸附分离性能,被视为最具潜力的CO₂分离捕集材料,近年来引起了广泛的关注。本文结合沼气的特点和MOFs研究的最新进展,对MOFs材料在CO₂/CH₄吸附分离过程的相关实验研究工作进行了综述。     

Equilibrium and kinetic studies of chromium ions adsorption on Co (II)-based phosphonate metal organic frameworks

Chromium is present in wastewaters resulted from a lot of industrial processes such as electroplating, dye, cement, leather tanning, and paint. Its presence at values higher than maximum admitted value of 0.05 mg/L can affect the human health and the environment. Therefore, it is essential to remove chromium from wastewaters before discharge. In this study, the adsorption potential of three types of Co (II)-based phosphonate metal organic frameworks, obtained by the reaction of CoSO₄.7H₂O with phosphonoacetic acid (CP), N,N-bis(phosphonomethyl)glycine (Gly), or vinyl phosphonic acid (VP) in hydrothermal conditions, has been investigated. The study involves batch types experiments investigating the effects of the solution pH, solid:liquid ratio, initial concentration of Cr(VI), and contact time upon the adsorption efficiency of the studied materials. Langmuir, Freundlich, Temkin, and Dubinin–Radushkevich were applied to adsorption equilibrium data to find the best among these models. The kinetics of adsorption was found to follow the pseudo-second-order model. It was found that the adsorption efficiency of the studied materials in the removal process of Cr(VI) ions from aqueous solutions is in the following order: Co-CP<Co-Gly< Co-VP.