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。     

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...     

金属有机骨架材料的合成方法及应用进展

金属有机骨架材料(MOFs)是近年来发展迅猛的一种具有三维孔结构的新型高分子材料,由有机配体和金属离子通过配位键自组装形成,具有比表面积大、孔隙率高、微孔结构有序等优良的性能在气体存储、吸附分离等领域受到越来越多的关注。综述了利用包括溶剂(水)热合成法、微波辅助合成法、扩散法、超声法、机械研磨法等合成MOFs的优缺点。对近年来MOFs在吸附挥发性有机物(VOCs)领域的研究进行了综述,对MOFs材料在未来的研究及发展进行了展望。     

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。     

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.     

稀土铈在电催化水分解中的应用研究进展

氢气(H₂)热值高、无污染，可以有效缓解日益严重的能源和环境危机；高效的电解水催化材料可以极大地降低水分解成氢气和氧气的过电位，提升水的分解效率。稀土元素铈(Ce)具有较强的氧化还原能力，将Ce引入电解水催化材料中可大幅提高电催化材料的催化效率，目前该类材料已经得到了国内外学者的广泛关注。文中主要介绍了Ce在纳米颗粒修饰、骨架、氢氧化物以及金属有机框架等方面构筑电催化材料，归纳了国内外含Ce催化材料在析氢反应与析氧反应中电催化性能和机理的研究进展，针对Ce或其他稀土元素在电催化材料中的应用进行了展望。      

MOFs基材料光催化除藻研究进展

农业面源污染控制难度较大，含有大量营养元素的地表径流进入了天然水体，使自然水体逐渐趋于富营养化。水中过剩的营养元素促使了藻类的过量生长。这些藻类对人类的健康、生态的平衡和水处理过程均造成了较大的威胁，因此需要采用措施去除水中过量的藻类。与传统的物理化学除藻技术相比，光催化技术因能够使用清洁能源高效去除水中的藻类及其相关代谢物，且几乎不会产生二次污染而受到广泛关注。在光催化材料中，金属有机框架（MOFs）不仅可以作为抑制藻类生长的金属离子的载体，还能通过构建MOFs基异质结和宏观MOFs基组件等策略，提升材料对于光的吸收能力并加速对光生载流子的传输速度，促进产生多种活性氧物种，从而对藻类产生强烈的氧化作用而将其去除。本文总结了MOFs抑制藻类生长的主要机制，重点介绍了MOFs异质结复合物用于光催化除藻的主要研究，并对材料的设计思路、特性和对藻类的作用机制进行了论述。最后对MOFs基材料在光催化除藻方面存在的挑战及未来的发展方向进行了展望，以期为对新型MOFs基水环境修复材料的开发和设计提供一定的参考。     

MOF衍生CoP/C的制备、表征及电化学析氢性能

采用类沸石咪唑酯骨架化合物ZIF-67(zeolitic imidazolate framework-67)和六水合硝酸钴为原料制备金属-有机物框架材料(metalorganicframeworks,MOF),经过高温煅烧及磷化,得到碳包覆磷化钴(CoP/C)粉体。用X射线衍射仪、扫描电镜及透射电镜对CoP/C粉末进行表征与分析,并进行电催化析氢实验。结果表明,高温煅烧后,ZIF-67的有机组分转化为导电炭骨架,钴离子转化为单质钴纳米颗粒嵌于炭骨架中,形成金属有机框架。经进一步磷化后,得到纯相CoP/C粉体。CoP/C粉末表现出良好的电化学析氢性能,其过电位为64 mV,塔菲尔斜率为66 mV/dec,历经15 h电催化析氢后仍保持高催化活性。     

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。     

金属有机骨架与相变芯材相互作用的分子动力学

金属有机骨架材料（metal-organic frameworks, MOFs）由于具有规整的孔道结构,较高的孔隙率十分适合作为相变材料的载体,从而实现对相变芯材的有效封装。本文采用分子动力学方法,对Cr-MIL-101负载十八烷,十八酸,十八胺和十八醇等不同芯材而构筑的复合相变材料的结构特性进行了研究,主要包括相变芯材和金属有机骨架基材之间的相互作用,芯材在金属有机骨架材料孔道内的扩散特性以及空间分布特性等。研究表明:十八酸和金属有机骨架基体之间的相互作用最强,十八醇和十八胺次之,十八烷最弱,具体体现在相变芯材分子与金属有机骨架材料之间的相互作用能,回转半径,分子动能,自扩散系数以及热容等众多方面,此外,当芯材分子间相互作用和金属有机骨架材料与芯材之间的相互作用达到平衡时,芯材分子在孔道内处于较为自由的状态,有利于扩散的进行,进而有利于芯材的结晶。      

铀钍金属有机框架材料及其应用研究进展

锕系放射性核素的配位规律是核废料处置技术研究的重要参考依据。介绍了与锕系元素中的主要元素铀、钍配位的配体及铀钍金属有机框架材料的一些性质及应用状况。铀钍金属有机框架材料通常具有荧光性、热稳定性、多孔性等性质,在吸附分离、光催化等领域有潜在的应用价值。     

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。      

一个中心对称的(6,3)拓扑二维蜂窝网的Ni-咪唑基三脚架配合物的合成、结构及其介电性

利用水热合成法,以金属盐NiSO4·6H2O与三脚架配体1,3,5-三(1-咪唑基)苯(tib)进行组装,得到了一个结构新颖的有序金属-有机框架(MOFs){[Ni3(tib)2(H2O)12](SO4)3}n(1).利用X-射线单晶衍射仪检测其晶体结构,并进行元素分析,红外光谱射线,粉末衍射等相关表征.配合物1为一个典型的(6,3)拓扑二维蜂窝网结构,由于π-π空间叠加效应和氢键相互作用形成了稳定的三维结构.对配合物1介电性能进行测定,发现其在138℃时达到最大的介电异常值10.08,为典型的介电材料,通过热重分析,表明此材料具有较好的热力学稳定性,对新型多维MOFs及新型介电性能材料的开发具有借鉴和指导意义.     

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。      

Ni~(2+)复合MOF-5材料的制备工艺及其电化学性能研究

金属有机框架材料(Metal organic frameworks,MOFs)由于具有超高的比表面积和可调的孔结构,已成为超级电容器电极材料的研究热点。以硝酸锌(Zn(NO_3)_2·6H_2O)和对苯二甲酸(C_6H_4(COOH)_2,BDC)为原料,采用水热法制备了MOF-5材料,并将MOF-5与不同比例的Ni~(2+)复合制备了Ni-MOF-5复合材料。用扫描电镜(SEM)和X射线衍射分析仪(XRD)对材料的表面形貌和结构进行了表征,采用Princeton和Arbin超级电容器测试系统对材料的电化学性能进行了测试。结果表明:复合不同比例的Ni~(2+)可获得不同形貌的Ni-MOF-5复合材料,当Ni~(2+)∶Zn~(2+)=0.50∶1.00(物质的量比)时,制得形貌均匀的微球富Ni颗粒,且其电化学性能优良,在电流密度为0.05 A/g的条件下,比容量达到400 F/g。     

锂离子电池用CuFe2O4立方颗粒负极材料的合成及其电化学性能

金属氧化物材料具有多倍于商业石墨负极的理论容量,但此类材料在储锂过程中会出现体积膨胀,导致活性物质粉化脱落,影响锂离子电池的循环寿命。以金属有机框架（MOFs）普鲁士蓝立方体为自牺牲模板合成了空心CuFe₂O₄立方颗粒,并将其作为锂离子电池的负极材料。CuFe₂O₄立方块的粒径范围在300~500 nm之间,壳层厚度为40 nm。电化学测试表明CuFe₂O₄立方颗粒在200 mA/g电流密度下循环200次后放电容量仍能达到742.4 mAh/g,出色的性能得益于颗粒的中空结构能够有效缓解因储锂而产生的体积膨胀,从而延长锂离子电池的循环寿命。      

科学家开发新奇有机金属燃料电池

日前,瑞士苏黎世联邦理工学院和意大利研究人员联合开发出一种新奇的有机金属燃料电池,该电池在发电同时还能用可再生原材料生产出优质化学产品. 这种新有机金属燃料电池的工作原理与以往的电池完全不同.它基于一种含铑元素的特殊分子络合物,这种络合物以分子形式嵌入阳极材料,阳极的支持材料为碳粉,使分子络合物能分布均匀.     

光电催化还原CO_2金属氧化物催化材料研究进展

光电催化还原CO_2在众多减排技术中因其洁净环境友好成为研究热点。通过对比光催化,电催化和光电催化的原理,论证光电催化还原CO_2在节能减排领域的应用价值。以Ti,Zr,Fe,Cu为基本元素的4个催化材料体系为研究对象,对同一体系不同催化材料从材料合成方法,合成难易程度,催化效率,选择性和催化能耗等不同方面做出综合比较和评价,并对光电催化还原CO_2的研究方向和应用前景作出了展望。     

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。