金属有机框架材料用于光催化CO2还原的研究进展

CO₂光催化还原转化为有价值的碳氢燃料和化工原料是达成“碳中和”目标的重要途径。金属有机框架材料(MOFs)是一种由有机配位体和金属离子或团簇通过配位键形成的有机-无机杂化材料,具有超高的比表面积、可调的孔结构,并易于功能化修饰,在CO₂光催化还原反应中展现出良好的应用前景。总结了基于MOFs的新型功能材料绿色光催化CO₂还原的最新研究进展,探讨了改性及功能化MOFs材料及MOFs衍生物的光催化CO₂还原反应机理,并从理化特性上分析了材料性能优势的成因。总结了提高光催化还原CO₂反应的活性和选择性的策略。在此基础上,对这类新型催化剂面临的主要问题和未来发展进行了总结与展望。     

稀土金属有机骨架吸附CO2研究进展

近年来,稀土金属有机骨架(Ln-MOFs)因具有捕获CO₂的优势而备受关注。Ln-MOFs因自身镧系离子存在特殊的电子排布而具有一些独特的功能,在气体吸附方面有一定潜能。综述了Ln-MOFs材料吸附CO₂的研究进展,介绍了配体选择及吸附结果,总结了提高CO₂捕获能力的方法,同时分析了Ln-MOFs材料使用中存在的问题,并对Ln-MOFs未来的发展前景进行了展望。     

双金属MOFs的NO/CO2选择性吸附性能研究

采用溶剂热法合成制备含Co、Mn双金属节点的MOF-74材料,研究了室温下对NO的吸附性能,并通过IAST和穿透实验研究了材料的吸附选择性。结果表明,双金属Mn_0.2Co_0.8-MOF-74具有典型的MOF-74晶体结构,对NO的吸附量达到160.3cc/g,比单金属Mn-MOF-74提高了约19.4%。在低吸附分压时,NO/CO₂的理想溶液吸附(IAST)理论吸附选择性最大可达到397,经过5次循环吸附-脱附实验后的再生性能优良。模拟烟气的双组分穿透实验中,Mn_0.2Co_0.8-MOF-74对NO/CO₂的吸附分离性能达到35.5,可以作为一种优良的NO吸附分离材料。     

熔盐法辅助合成二维h-BN材料及其CO2吸附性能

制备具有高比表面积的二维多孔h-BN材料是实现高效CO₂吸附的主要途径之一。采用氯化镁(MgCl₂)和氯化钾(KCl)作为熔盐反应介质,以硼砂(Na₂B₄O₇)和三聚氰胺(C₃H₆N₆)为主要原料,制备了二维多孔h-BN材料,研究了熔盐种类及合成温度对产物的组成、形貌、孔隙结构及CO₂吸附性能的影响。研究结果表明,以KCl为熔盐得到h-BN与r-BN共存的产物,以MgCl₂为熔盐得到纯度更高的h-BN材料。相较于KCl,以MgCl₂为熔盐能显著提升h-BN材料的比表面积,并将二维h-BN材料的合成温度降低至1 000℃。当合成温度为900℃时,以MgCl₂为熔盐得到的h-BN材料比表面积最高且CO₂吸附性能最好,分别为281.78 m²/g和7.69 cm³/g...     

CaO/γ-Al2O3吸附剂吸附CO2的性能研究

采用浸渍法制备了以γ-Al2O3为载体的CaO/γ-Al2O3吸附剂,并在自制吸附剂评价装置上,研究了不同CaO负载量对CaO/γ-Al2O3吸附剂吸附性能的影响。利用XRD及BET对CaO/γ-Al2O3吸附剂的物相及结构进行了表征。实验结果表明,CaO/γ-Al2O3吸附剂对CO2有较好的吸附性能,并且CaO/γ-Al2O3吸附剂的比表面积、孔容随着CaO负载量的增大而减小。当CaO的负载量为25%(wt,下同)时,CaO/γ-Al2O3吸附剂的静吸附容量达到最大值,4.95mol/kg。     

以金属框架有机物为模板合成微孔炭及其对CO2的吸附性能（英文）

以金属框架有机物为模板,酚醛树脂为碳质前躯体,合成系列微孔炭。合成的微孔炭比表面积可达2 368 m2/g;在300 K常压条件下,该材料对CO2的饱和吸附量为2.9mmol/g。通过调节碳质前躯体的配比和老化时间,可以控制微孔炭的孔结构;在炭化过程中,挥发逸出的Zn也对基体碳发挥协同活化功能,进而使微孔炭的微孔含量提高。微孔炭对CO2的饱和吸附量随其比表面积的增加而增大。     

金属有机框架材料中CO2/N2吸附与分离的理论研究

金属有机框架(MOFs)材料在CO₂的捕获与分离方面受到广泛关注。本工作结合分子动力学(MD)和巨正则蒙特卡洛(GCMC)模拟方法探究了一种MOFs材料DUT-49的负性气体吸附过程及结构转变对CO₂/N₂吸附分离行为的影响。结果表明: 在20~60 MPa的压强下, DUT-49均发生可稳定存在的结构变形, 实现开孔(DUT-49-op)和闭孔(DUT-49-cp)状态的转变。DUT-49气体吸附量随温度升高而下降。DUT-49-cp的框架收缩, 气体有效吸附位点减少, 吸附量明显降低。此外, 与DUT-49-op相比, DUT-49-cp中CO₂/N₂选择性明显降低, 且随温度升高而下降, 不利于气体分离。本工作的研究结果为吸附剂材料的开发提供了科学依据。     

金属有机框架材料的可控合成概述

金属有机框架(MOFs)是一种重要的多孔无机-有机杂化材料,具有优异的物理化学特性。由于MOFs材料的合成受多种复杂因素的影响,从而导致不能有效控制MOFs材料的性质(如组成、形态和表面积),因此MOFs材料的可控合成对其应用具有重要意义。介绍了影响MOFs材料合成的主要因素,如金属离子、有机配体、反应体系的条件等。     

硅胶负载离子液体的CO2吸附性能影响因素研究

采用浸渍法将两种离子液体负载在A型和B型硅胶上,研究了硅胶种类和活化温度、离子液体种类和负载量、吸附剂孔径分布(PSD)等对CO2吸附效率的影响。结果表明,制得的吸附剂均具有发达的微孔结构,在0.4~0.8nm连续分布;A型硅胶经500℃活化,且[bmim]PF6用量为20%(质量分数)时,负载样品具有较好的CO2吸附性能,273K和0.1 MPa时为3.68%(质量分数);载体中引入[bmim]PF6,可以协同提高负载样品的CO2吸附量和CO2/N2选择性,且吸附速率高于纯[bmim]PF6。     

TEPA-AM修饰的介孔材料吸附CO2性能的研究

将丙烯酰胺(AM)改性的四乙烯五胺(TE-PA)负载到介孔材料孔道内,形成氨基改性的CO2吸附材料。利用X射线衍射(XRD)、氮气物理吸附-脱附(BET)、红外等方法对样品进行了表征。通过动态吸附法研究了材料的CO2吸附和脱附性能,并与TEPA负载的吸附材料进行了比较。研究结果表明,在制备介孔分子筛MCM-41的过程中得到的一种结构规整度低的材料对TEPA-AM具有较好的分散性能,经过TE-PA-AM修饰的该材料表现出良好的CO2吸附性能,当TEPA-AM负载量达60%,该材料的吸附能力达到159.1mg/g;经过12次循环使用吸附量不下降。     

柠檬酸交联环糊精金属有机框架材料的制备及对结晶紫的吸附

环糊精金属有机框架材料(CD-MOFs)是一种绿色环保的新型金属有机框架材料,但由于其水稳定性差,在实际应用中受到了限制。通过交联CD-MOFs和柠檬酸(CA)来提高环糊精基MOFs的水溶液稳定性。研究制备了CA改性的CA-γ-CD-MOF复合材料,并作为吸附剂从水溶液中去除阳离子染料结晶紫。在15mg CA-γ-CD-MOF用量、20℃、pH 6和60mg/L初始结晶紫浓度下,CA-γ-CD-MOF对结晶紫的平衡吸附能力为79.86mg/g,相应的清除率达到99.83%。此外,CA-γ-CD-MOF在经过3次吸附解吸循环,吸附率仍达第一次的98%以上,表现出良好的再生能力。动力学和吸附等温线研究表明,吸附遵循拟二阶动力学,CA-γ-CD-MOF吸附结晶紫是一种自发的单层吸热过程。因此,CA-γ-CD-MOF是一种高效、绿色、可循环利用的吸附剂。     

金属有机框架材料的制备及应用研究进展

金属-有机框架(MOFs)是一种由金属离子团簇和有机配体通过配位键桥连形成的多孔晶态材料,具有高孔隙率、高比表面积、易于功能化修饰等特点,在气体吸附、催化、传感、医药等方面都具有潜在的应用价值。然而,MOFs材料的不同合成方法往往会直接影响材料形貌并导致其性能差异,通过改变合成方法,能够显著改变材料性能并应用于不同领域。综述总结了近年来MOFs材料的多种合成方法及其典型应用进展,并探讨了不同合成方法的优缺点,最后对其未来发展趋势进行了展望。     

三维蠕虫状介孔二氧化硅对CO2吸附性能的研究

研究了有机胺固载3D蠕虫状介孔二氧化硅MSU-J的表面结构、介孔类型、氮含量以及吸附温度对CO_2吸附性能的影响,并采用傅里叶红外光谱、透射电镜、N_2吸附/脱附、热重分析和元素分析等方法研究了介孔结构和CO_2吸附性能。结果表明,采用浸渍法对MSU-J进行氨基改性的效率明显高于接枝法,产物具有较高的CO_2吸附量,且水化处理后介孔MSU-J表面的Si-OH得以再生使氨基的负载量增加,CO_2吸附量从43.2mg/g增加到52.6mg/g。与SBA-15相比,氨基改性后MSU-J的CO_2吸附量从28.4 mg/g增加到154.5 mg/g,远大于前者的23.4~65.4mg/g。吸附温度对MSU-J吸附CO_2的影响很大,且随吸附温度降低,吸附量升高,在室温时达最大值125mg/g,故MSU-J的低温吸附性能优异。     

金属有机框架材料吸附重金属离子和放射性核素的研究进展

金属有机框架(MOFs)是一类无机-有机配位的多孔材料。与传统吸附剂相比,MOFs具有结构可设计性、功能多样性、比表面积大和孔隙率高等优点,可通过前合成和后修饰法调节孔径大小、引入特定官能团或活性位点,实现快速、高效地分离水中的重金属离子和放射性核素,对资源回收和环境修复意义重大。本文详述了MOFs吸附砷、铬和汞等重金属离子,吸附铀和锝等放射性核素的研究现状及作用机理,总结了提高MOFs吸附性能的方法,提出了MOFs作为重金属和放射性核素吸附剂时亟需解决的问题。     

不同阳离子分子筛中CO2吸附结构形成与变化机理

CO₂在分子筛中会与阳离子M及骨架氧原子O_z形成M-O=C=O⊥O_z的吸附结构。理论计算表明,随着阳离子半径与极化率的增大,Li⁺、Na⁺和K⁺与单个CO₂相互作用势能最小时M-O距离按0.200、0.241、0.281 nm顺序增大,且最小势能值减小。分子模拟发现,不同CO₂吸附量下,分子筛中吸附结构M-O距离均满足LiX< NaX< KX,且LiX、NaX和KX中M-O径向分布函数峰值位置分别为0.205、0.248、0.289 nm,吸附结构势能分别为-57.9、-53.1、-41.3 kJ/mol。分子模拟与理论计算吻合较好,说明了吸附结构的变化可由单个阳离子与CO₂相互作用的最小势能点的变化来反映。此外,CO₂模拟吸附量满足LiX> NaX> KX,与吸附结构能量关系一致,表明不同阳离子通过影响分子筛吸附结构中M-O距离来影响吸附结构能量,从而影响其CO₂吸附能力。     

不同阳离子分子筛中CO2吸附结构形成与变化机理

CO₂在分子筛中会与阳离子M及骨架氧原子O_z形成M-O=C=O⊥O_z的吸附结构。理论计算表明,随着阳离子半径与极化率的增大,Li⁺、Na⁺和K⁺与单个CO₂相互作用势能最小时M-O距离按0.200、0.241、0.281 nm顺序增大,且最小势能值减小。分子模拟发现,不同CO₂吸附量下,分子筛中吸附结构M-O距离均满足LiX< NaX< KX,且LiX、NaX和KX中M-O径向分布函数峰值位置分别为0.205、0.248、0.289 nm,吸附结构势能分别为-57.9、-53.1、-41.3 kJ/mol。分子模拟与理论计算吻合较好,说明了吸附结构的变化可由单个阳离子与CO₂相互作用的最小势能点的变化来反映。此外,CO₂模拟吸附量满足LiX> NaX> KX,与吸附结构能量关系一致,表明不同阳离子通过影响分子筛吸附结构中M-O距离来影响吸附结构能量,从而影响其CO₂吸附能力。     

不同阳离子分子筛中CO2吸附结构形成与变化机理

CO₂在分子筛中会与阳离子M及骨架氧原子O_z形成M-O=C=O⊥O_z的吸附结构。理论计算表明,随着阳离子半径与极化率的增大,Li⁺、Na⁺和K⁺与单个CO₂相互作用势能最小时M-O距离按0.200、0.241、0.281 nm顺序增大,且最小势能值减小。分子模拟发现,不同CO₂吸附量下,分子筛中吸附结构M-O距离均满足LiX< NaX< KX,且LiX、NaX和KX中M-O径向分布函数峰值位置分别为0.205、0.248、0.289 nm,吸附结构势能分别为-57.9、-53.1、-41.3 kJ/mol。分子模拟与理论计算吻合较好,说明了吸附结构的变化可由单个阳离子与CO₂相互作用的最小势能点的变化来反映。此外,CO₂模拟吸附量满足LiX> NaX> KX,与吸附结构能量关系一致,表明不同阳离子通过影响分子筛吸附结构中M-O距离来影响吸附结构能量,从而影响其CO₂吸附能力。     

纳米有机杂化材料(NOHMs)用于CO2捕集的研究进展

近年来,纳米有机杂化材料(NOHMs)引起了广泛的研究。不同于捕集CO₂的传统胺基溶剂,NOHMs可以在不含任何溶剂的条件下保持类液性,具有可忽略蒸汽压和高热稳定性的特点,因此可以减少溶剂挥发带来的损失以及环保问题,同时减少了对设备的腐蚀,是一种有潜力的替代传统胺基溶剂的吸收剂。同时NOHMs可直接作为吸附剂吸附CO₂,也可作为添加剂和其他材料产生协同作用,比如作为分离膜中的掺杂剂加入到聚合物基质中制备混合基质膜,可以显著强化CO₂在膜内的传质速率,实现CO₂的高效捕集。本文概括了NOHMs在碳捕集领域的研究进展,分别针对共价键和离子键连接的两类NOHMs阐述其核心、内冠、外冠三部分对CO₂吸附性能的影响,探讨和归纳了核心的尺寸、孔隙率、含量以及冠层的密度、链长和结构等对NOHMs碳捕集能力的影响机制,总结了以上因素与焓效应和熵效应的对应关系,以及对碳捕集性能的作用。本文将为拓宽NOHMs在CO₂捕集领域的应用提供参考与新的研究思路。