铪金属-有机骨架材料的孔尺寸调控及其吸附性能

利用三种不同长度的有机配体——反丁烯二酸(H2FUM)、对苯二甲酸(H2BDC)和联苯二甲酸(H2BPDC),合成了一系列具有不同孔尺寸的新型铪(Hf)金属-有机骨架(MOF)材料(Hf-FUM、Hf-BDC和Hf-BPDC),并考察了CO2、N2和CH4三种气体在这些材料中吸附分离行为。研究结果表明,这三种材料具有和UiO-66(Zr)相同的拓扑结构,且具有很好的热稳定性。Hf-FUM和Hf-BDC的结构在水中能够保持稳定,而Hf-BPDC在水中会发生降解。同时,具有最小孔尺寸的Hf-FUM材料对CO2/N2以及CO2/CH4体系具有最好的分离性能。这为以后设计用于CO2分离的新型纳微结构材料提供了参考依据。     

高稳定铪金属-有机骨架材料的合成及二氧化碳捕获性能

采用高温高浓度的溶剂热方法,合成了具有高结晶度的一种金属-有机骨架(metal-organic framework,MOF)材料UiO-66(Hf),并发现该材料在沸水、酸碱等苛刻条件下具有非常好的化学稳定性。为了提高其对气体的吸附分离性能,进一步采用具有不同官能团的有机配体——氨基对苯二甲酸(H2BDC-NH2)、硝基对苯二甲酸(H2BDC-NO2)、溴对苯二甲酸(H2BDC-Br),设计合成了孔道表面具有不同化学性质的三种新型铪MOF材料,且这些材料与UiO-66(Hf)具有相同的拓扑结构。同时,气体吸附实验结果表明,极性基团的引入,尤其是氨基的引入,能极大提高材料对CO2/N2以及CO2/CH4体系的分离性能。这为以后应用于化工体系分离的新型多孔材料合成提供了理论指导。     

高稳定铪金属-有机骨架材料的合成及二氧化碳捕获性能

采用高温高浓度的溶剂热方法,合成了具有高结晶度的一种金属-有机骨架（metal-organic framework,MOF）材料UiO-66（Hf）,并发现该材料在沸水、酸碱等苛刻条件下具有非常好的化学稳定性。为了提高其对气体的吸附分离性能,进一步采用具有不同官能团的有机配体--氨基对苯二甲酸（H₂BDC-NH₂）、硝基对苯二甲酸（H₂BDC-NO₂）、溴对苯二甲酸（H₂BDC-Br）,设计合成了孔道表面具有不同化学性质的三种新型铪MOF材料,且这些材料与UiO-66（Hf）具有相同的拓扑结构。同时,气体吸附实验结果表明,极性基团的引入,尤其是氨基的引入,能极大提高材料对CO₂/N₂以及CO₂/CH₄体系的分离性能。这为以后应用于化工体系分离的新型多孔材料合成提供了理论指导。     

金属-有机骨架材料用于CO_2吸附的研究进展

综述了近年来MOFs材料对纯CO_2吸附及从二元混合气中对CO_2进行吸附分离领域的研究进展,讨论了吸附温度,比表面积对材料CO_2吸附量的影响,阐明了材料吸附及分离CO_2的机理,指出了负载官能团、掺杂金属离子、制备复合材料是提高材料CO_2吸附性能的有效手段。目前,将金属-有机骨架材料作为CO_2吸附剂仍面临成本过高,吸附性能有待进一步加强等问题,只有解决了这些问题,材料才能实现工业化应用。     

金属-有机骨架复合材料的制备及其二氧化碳吸附性能

通过原位溶剂热法分别合成了HKUST-1、MIL-101、UiO-66与羟基化介孔氧化硅泡沫（MCF-OH）的复合物,并对材料进行了PXRD、SEM、低温N2吸-脱附、XPS、TGA表征及298K下的CO₂吸附测试。结果显示：3种复合材料中都形成了对应MOFs的晶型结构,但由于各类MOFs金属中心的不同,MCF-OH对MOFs的形貌产生了不同的影响。其中,HKUST-1^#MOF-OH复合材料中MCF-OH的加入对HKUST-1的生长起到了导向作用,在两者界面间形成了新的介孔结构,并且其微孔孔径尺寸更接近CO₂的动力学直径。另外两种复合材料中MCF-OH的加入主要对其MOFs晶型颗粒的生长起到了限制作用,使其晶型颗粒尺寸减小,从而带来了比表面积的增加。3种复合材料的CO₂吸附量都较纯MOFs材料有所提高,并且由于HKUST-1^#MOF-OH复合材料中微孔孔径尺寸的减小以及新的介孔结构的引入使其对CO₂的吸附更加高效,因此其较纯MOFs材料的吸附性能提升效果最为明显。     

金属-有机骨架材料吸附脱硫的研究进展

金属-有机骨架材料(MOFs)是一种新型多孔材料,近年来在吸附脱硫中的应用使其在清洁汽油生产中成为最有潜力的材料。综述MOFs吸附脱硫的研究进展及主要机理,并对MOFs的发展前景和方向进行展望。     

金属-有机骨架材料制备及其吸附净化挥发性有机物应用

吸附技术是控制净化挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,VOCs)常用且有效的方法之一,其核心和关键是具有高比表面积和孔容的高效吸附材料。金属-有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)是一类具有超高比表面积和孔容的新型高效吸附材料,在VOCs吸附净化领域具有广阔的应用前景。概述了MOFs材料的发展历程,重点介绍了MOFs材料合成制备方法及其对VOCs的吸附研究进展,讨论了相关研究工作尚存在的科学技术问题并展望了未来研究方向。     

金属-有机骨架材料的合成及其研究进展

介绍了金属-有机骨架材料(MOFs)的结构特点和合成方法,论述了金属-有机骨架材料在国内外的研究进展,介绍了其在气体存储,尤其是储氢方面的研究现状.     

金属-有机骨架材料用于水中痕量药物污染物的吸附脱除

由于其结构复杂、多态性和多个电离位点等特点,水中的药物污染物很难达到完全脱除。因此,寻找一种高效的吸附剂,对降低此类污染物对人体和环境的影响是至关重要的。金属-有机骨架材料（metal-organic frameworks,MOFs）具有超高比表面积/孔隙率、高度化学/结构可调性以及可设计性等优点,在液相吸附分离中表现出优异的性能。本文简述了近年来MOFs材料、功能化MOFs材料以及MOFs衍生碳材料用于水中痕量抗生素和其他类药物污染物脱除的研究进展。针对特定的药物分子,通过引入特定的官能团及其他物质（如多壁碳纳米管、磁性Fe₃O₄等）可以有效提高吸附能力。此外,通过分析MOFs与药物分子之间的相互作用力,包括静电作用、氢键、π-π相互作用等,并结合本文作者课题组的研究内容,认为今后的研究重点是利用先进的理论计算方法定向筛选或设计高效吸附材料,并充分考虑动力学吸附,以实现水中痕量药物污染物的高效脱除。     

金属-有机框架材料的调控策略及其对典型重金属离子的吸附性能

金属-有机框架材料(MOFs)相较于传统吸附材料具有较大的比表面积、可调的孔隙和拓扑结构、丰富的活性官能团等优点，可作为高性能吸附剂去除水体中的重金属污染物。本文介绍了MOFs作为水处理吸附的结构特性，重点分析了基于金属节点掺杂、侧基功能化和合成后修饰的多孔性、表面活性、框架柔性、水稳定性、可扩展性、生物毒性和循环使用性MOFs的调控策略，而后介绍了MOFs在去除重金属离子方面的研究进展，详细介绍了MOFs对水中Pb(Ⅱ)、Hg(Ⅱ)等阳离子型重金属离子和Cr(Ⅵ)、As(Ⅲ)/As(Ⅴ)等阴离子型含氧离子的吸附性能，并阐述MOFs去除水中重金属离子的作用机理。最后，提出了提升MOFs的水稳定性与吸附性能、平衡MOFs结构特性的关系、研究MOFs在自然界的迁移与富集以及MOFs的低成本高效益的可控性制备等研究方向，以期对MOFs在高性能吸附领域提供参考。     

金属有机框架孔径调控进展

金属有机框架(MOFs)以其可灵活调节的孔道结构、大孔隙率和大比表面积等特点受到广泛关注。设计并构建能够实现目标功能的、具有合适孔径分布的MOFs材料关系到MOFs材料在分离、催化以及质子传导等领域中的应用。综述了MOFs材料孔径的主要调控方法,包括原位合成调控、后合成修饰调控、穿插调控以及辅助合成调控,总结了四种调控方法的特点和不足,并对未来MOFs孔径调控的发展方向进行了展望。     

金属有机框架材料吸附分离水中铀的应用

金属有机框架材料（metal-organic frameworks,MOFs）具有极高的比表面积和孔隙率,结构可设计调控,但在水相吸附分离方面存在水稳定和选择吸附性较差、分离困难、合成与再生成本偏高等问题。针对MOFs的缺陷,可以通过有目的的功能化改性从而提升其对目标污染物的吸附性能。本文介绍了MOFs的结构优势,分析了水稳定性的影响因素和判断手段,简述了具有代表性的高水稳定性MOFs材料的特性;根据MOFs改性方法的分类回顾了MOFs及改性MOFs在去除水相中放射性铀的应用;基于不同分析技术探讨了MOFs与铀酰离子的吸附机理;提出推动MOFs在吸附铀方面规模化应用发展的核心是合成高稳定性MOFs,通过改性提高MOFs的选择吸附性能和再生性以及深入研究吸附机理。     

金属有机骨架材料吸附去除环境污染物的进展

金属有机骨架材料(MOFs)具有超高的比表面积、较高且可调的孔隙率、结构组成多样性、开放的金属位点和化学可修饰等优点,近年来在选择性吸附领域中的应用受到人们的广泛关注。本文综述了MOFs在液相吸附去除各种环境污染物方面的应用进展,包括吸附去除水中的有机污染物、重金属离子以及吸附去除燃油中的有机含硫化合物和有机含氮化合物;讨论了不同MOFs及改性MOFs对环境污染物的吸附性能及吸附机理,指出MOFs的孔结构、开放的金属位点、静电吸附作用、π-π键合作用、氢键作用、酸碱吸附作用等是影响MOFs吸附过程的重要参数或机理,而通过对MOFs进行有目的的功能化改性可以提升MOFs对目标污染物的吸附性能;最后展望了MOFs吸附去除环境污染物今后的研究热点。     

柔性金属有机骨架材料(MOFs)用于气体吸附分离

柔性金属有机骨架材料(MOFs)具有高度有序的网络结构与可变形的骨架,其骨架结构会对外界的温度、压力及客体分子的刺激产生独特的结构响应。近几年来,柔性MOFs在气体吸附、气体分离、传感等领域显示出巨大的应用潜力。截至目前,研究者们对柔性MOFs的研究仅局限于对其结构形变的机理解释,而缺乏对柔性MOFs应用于相关化工过程的性能研究。本文着重对近年来柔性MOFs在气体吸附分离领域的研究进展进行了综述,并详细地分析了柔性MOFs结构与其气体吸附分离性能之间的构效关系。通过分子模拟结合实验,讨论了柔性MOFs结构对气体分子的平衡吸附与动力学扩散的影响。分析表明,设计合成具有良好吸附选择性与扩散性能的柔性MOFs是其应用于绿色、高效气体分离过程的重要发展方向。     

金属有机骨架材料在吸附脱硫领域的应用

燃油中的含硫化合物燃烧产生的SO_x是环境污染的主要来源之一,近年来随着环保法规的日趋严格,油品的超深度脱硫已成为当务之急。吸附脱硫（ADS）因具有低能耗、条件温和、操作简单和反应高效等优点,被认为是实现深度脱硫的最有前景的技术之一。目前,作为多孔材料族的新成员,金属有机骨架（MOFs）已显示出良好的吸附脱硫性能。本文综述了近10年来MOFs在吸附脱硫中的最新研究成果。首先,简述了MOFs的不同分类,包括IRMOFs、ZIFs、MILs、PCNs、HKUST-1、UiOs、CPOs等类型,详细介绍了每一类MOFs中具有代表性的材料及其复合物在吸附脱硫中的研究和应用进展,对每种材料的吸附脱硫效果及回收再生、循环利用情况进行了分析;然后总结了不同MOFs的吸附脱硫机理,概述了MOFs吸附剂的稳定性;最后,指出了MOFs在今后应用中应着重解决的问题,并对MOFs在吸附脱硫领域的应用前景进行了展望。     

锆基金属有机骨架材料用于氨吸附性能的研究

近年来,金属有机骨架材料（MOF）在气体吸附和储存领域得到了迅速发展,但由于结构的不稳定性,其在强腐蚀性气体氨（NH₃）的吸附方面并不令人满意。考虑到NH₃是唯一的无碳排放的氢能源载体,开发高效的储氨技术来载氢是有效的降低二氧化碳排放的手段。利用MOF材料具有的高比表面积和结构多样的特性,在NH₃的吸附和储存方面具有广阔的应用前景。而NH₃具有孤对电子,会攻击金属与配体之间形成的配位键,使MOF材料的结构遭到破坏。锆基金属有机骨架材料是公认结构稳定性较好的MOF材料,但其是否能胜任干燥NH₃及含水条件下的稳定性仍未深入考察,由此需探究该系列材料在NH₃吸附领域的适用性。在此,通过实验和计算模拟研究锆基系列的金属有机骨架UiO-66、NU-1000、MOF-801和 MOF-808的结构特征、稳定性和NH₃吸附性能。结果表明,UiO-66、NU-1000和MOF-808在纯NH₃环境下的稳定性较好,并且显示出高吸附量且可循环的氨吸附性能（13.04、6.38、9.65 mmol/g）。受限于水和氨对结构的协同破坏作用,NU-1000和MOF-801的结构均不能维持,而UiO-66和MOF-808的结构非常稳定,无论在干燥NH₃环境及含水NH₃环境下均能胜任而应用于NH₃吸附和储存。