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。     

金属-卟啉框架材料在光催化领域的应用

金属-有机框架(metal-organic frameworks,MOFs)是一种由金属离子或金属簇与多齿有机配体通过配位键连接而形成的有机无机杂化多孔晶态材料,具有较大的比表面积和孔道,同时结构也易于实现剪裁。近十几年MOFs在催化、气体吸附等领域得到了较大发展。卟啉等四吡咯大环结构有很好的光吸收特性,作为连接体应用于MOFs中可有效拓宽其吸收光谱,因此,基于卟啉配体的MOFs被广泛应用于光催化领域。本文综述了近十年来金属-卟啉框架材料在光催化选择性有机合成、析氢、析氧、还原CO₂、降解有机污染物方面的应用,同时对金属-卟啉框架材料未来在光催化领域的发展进行了展望。     

共价有机框架材料在药物递送中的应用进展

共价有机框架(Covalent organic frameworks, COFs)是一类通过共价键连接形成的新兴多孔结晶有机聚合物，具有比表面积大、孔隙高度可调及易于化学修饰等特点，是近年来多孔材料领域的研究热点。载药量高、细胞毒性低、生物相容性良好和药物释放能力高效等特点为COFs材料在药物递送领域提供了良好的应用潜力。简要总结了近年来药物递送载体的研究进展，介绍了COFs及其复合材料的合成方法及表征，列举了COFs作为几种模型药物(如阿霉素、5-氟尿嘧啶等)的载体在药物递送中的应用，提出了COFs材料在药物递送领域中的优势，最后对目前COFs材料在药物递送领域所面临的挑战和未来发展的机遇进行了总结和展望。     

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。     

多孔框架材料固定化酶研究进展

金属有机框架材料（MOFs）和共价有机框架材料（COFs）具有多孔性、比表面积大、结构可修饰、孔道可调节、框架可设计、易功能化等优点,是固定化酶的优良载体。本文简要介绍了MOFs和COFs的结构、性能以及功能化方法,主要综述了这两种材料在固定化酶领域的最新研究进展,并对二者进行了比较。MOFs和COFs均具有一维、二维、三维结构,其中三维和少量二维结构呈现多孔性。通过预先修饰法、原位修饰法或后合成修饰法可在MOFs表面引入官能团,固定化酶的方法有包埋法、孔道扩散法和表面固定法,固定化酶的种类丰富;而COFs主要通过后合成修饰法引入官能团,以孔道扩散法或表面固定法固定化酶。最后指出,MOFs的水稳定性和酸碱稳定性较差,COFs的制备条件恶劣,MOFs和COFs固定化酶的重复利用性均较差,今后的发展方向是探索更为有效的修饰策略以提高MOFs的稳定性,开发更为安全的COFs制备方法,以及提高固定化酶的重复利用性。     

共价有机框架材料对放射性核素吸附的研究进展

共价有机框架材料（covalent organic frameworks, COFs）是一类由轻质元素通过共价键连接的具有周期性和结晶性的新兴有机多孔聚合物。COFs具有比表面积大、孔隙高度可调及易于化学修饰等特点,使其能满足多样的设计需求,成为吸附剂的理想材料。本文综述了近年来COFs及其复合材料作为高效吸附剂在放射性核素吸附领域的研究进展,首先提出了COFs的结构优势,并对COFs与放射性核素的相互作用机理进行了分类,评估了多种COFs对几种代表性放射性核素的吸附性能,简要总结了吸附的作用方式,并分析了实现高吸附容量以及高选择性的原因,还讨论了COFs材料的可再生性。在文章的最后对用于吸附放射性核素的COFs材料的发展趋势进行了总结和展望,也就目前的局限性（COFs的制备、选择性的提高、稳定性的探究以及深度机理研究、工业规模的应用等）为设计和探究具有更优异吸附性能的COFs材料提供了一些建议。     

离子液体/金属有机框架复合材料捕集分离CO2

由于全球气候变化加剧和极端天气的增加,CO₂捕集分离已经不单单具有重要的战略意义,更关乎人类的生存。近年来,用于捕集分离CO₂的新型材料层出不穷,其中,离子液体(ionic liquids,ILs)具有可调变的化学结构和独特的物理化学性质,例如低挥发性、高热稳定性和较好的溶解性,从而引起了广泛关注。同时,金属有机框架结构材料(metal-organic frameworks,MOFs)在CO₂捕集分离方面也表现出优异性能。基于此,本文总结了ILs与MOFs相结合的ILs/MOFs复合材料捕集分离CO₂的研究进展,主要包括ILs负载于MOFs材料和对MOFs进行改性的吸附分离、MOFs材料分散于ILs中形成多孔液体的吸收分离、膜分离等方法的研究现状,同时,深入探讨了各方法的优点和不足之处,并对ILs/MOFs复合材料在CO₂捕集分离中的应用前景和发展趋势进行了展望。     

金属有机框架材料的绿色合成

金属有机框架化合物（Metal-organic frameworks,简称MOFs）是由金属离子（或簇）与有机配体配位并经由自组装而形成的一类多孔材料^[1]。MOFs具有极其发达的孔道结构,比表面积和孔容远超其他多孔材料。有机/无机杂化这一特点也赋予了MOFs其他材料（例如沸石、活性炭等）所不具备的无限结构功能可调性^[2]。此外,MOFs具有移除客体分子而主体框架完好保持的持久孔道或孔穴,这使得MOFs具有超乎寻常的化学及物理稳定性。正是基于以上这些特点,MOFs在许多领域有着丰富的应用^[3-4],例如催化^[5]、H₂储存^[6]、CO₂捕集^[7]、药物运输^[8]、污染物吸附^[9]、生物医学成像^[10]等方面。MOFs的商业化探索成为了目前的热点。MOFs的很多应用都与可持续发展及“绿色材料”有关,但MOFs本身的合成过程也需要考虑可持续性和环境影响。金属有机化学所面临的环境挑战是独特的,因为它将金属离子、有机配体的危害联系在一起,且合成过程大多需要大量能耗。主要介绍了金属有机框架材料的绿色可持续合成,主要分为4个方面：1）使用更安全或生物相容性的配体;2）使用更绿色、低成本的金属源;3）绿色溶剂的开发;4）无溶剂合成法。     

MOFs材料在光电催化领域应用的研究进展

为满足可持续发展的要求,光电催化在水分解制氢、CO₂还原和污染物降解等方面的应用由于其在储能和运输方面的可预测性优势而成为研究热点。金属有机框架(MOFs)材料具有高比表面积、金属/有机配体丰富、孔体积大、结构和组成可调等优点,在光电催化领域应用中具有巨大的潜力。因此,本文主要从水分解制氢、CO₂还原、有机污染物降解这三个方面,综述了MOFs材料在光电催化领域中的应用研究进展。首先简要介绍了近年来MOFs材料在催化领域的进展,总结了几种MOFs催化剂应用较广的合成方法,并就其优劣进行比较;其次分别介绍了MOF基光电催化剂在这几个应用方面的基本机理和最新研究进展;最后,本文对MOFs材料在光电极中的作用及其在光电催化领域所面临的机遇和挑战进行了简要的总结与展望。     

功能化Zr-MOF强化混合基质膜CO2分离

混合基质膜（MMMs）在气体分离领域具有良好的应用前景,金属有机框架（MOFs）由于具有高孔隙率和有机连接基团,常被用作填料制备MMMs。但由于MOFs与聚合物的界面相容性问题,MMMs的气体分离性能提升受到限制。本文合成了功能化的Zr-MOF（UiO-66-AC）,并利用其与聚醚共聚酰胺（Pebax）共同制备了混合基质膜。填料中引入的羰基和羧基等基团提供了MOFs与聚合物基质之间较强的界面相互作用。与纯Pebax膜相比,UiO-66-AC/Pebax MMMs的气体渗透性能得到了显著提高。当填料质量分数为6%时,膜的CO₂渗透系数为102.4 Barrer,CO₂/N₂和CO₂/CH₄选择性分别为90.6和26.0,CO₂/N₂分离性能突破了Robeson上限(2008),表明该混合基质膜在CO₂的分离应用上具有潜力。     

共价有机骨架材料的制备及在环境领域的应用

共价有机框架(Covalent organic frameworks,COFs)材料是一类多孔的,由共价有机结构块组成的有机高分子材料。由于COFs材料优良的性能使其在环境领域具有广泛的应用。本文对COFs材料的合成、修饰以及COFs材料及其衍生物在环境修复领域的应用进行了总结,并针对目前COFs材料在环境修复领域的研究存在的问题及未来的研究方向进行了讨论和展望。     

二维沸石咪唑骨架有效催化二氧化碳电还原的研究

成功合成了2种金属有机框架材料，并探究其在CO₂电催化还原反应中的应用。结果表明，二维ZIF-L催化剂的CO₂电催化还原活性、选择性和稳定性显著高于ZIF-7。在-1.3 V（vs.RHE）时，CO法拉第效率可达78.5%,是相同电势下ZIF-7的近2倍；CO的电流密度为16.8 mA/cm²,高于文献中报道的Zn基MOFs上CO的电流密度值。二维ZIF-L催化剂独特的孔腔结构有利于CO₂的吸附，从而有效催化CO₂电还原。     

有机多孔聚合物CO2捕集及分离性能的研究进展

有机多孔聚合物（porous organic polymers,POPs）是一类由有机构建单元连接而形成的新型多孔材料。由于其优异的物理化学稳定性以及CO₂吸附能力,近年来有关POPs在CO₂捕集和分离的研究成为一大研究热点。大量具有优异孔性质（比表面积和孔容）的POPs通过不同有机合成反应被成功地开发出来应用于CO₂吸附分离过程。本文介绍了POPs材料的CO₂捕集与分离性能的研究现状,总结了提高POPs材料CO₂分离性能的合成策略,重点分析了可以通过功能化增强吸附剂与二氧化碳分子之间的相互作用,来提高材料的CO₂分离能力的方法。     

多级孔COFs材料的设计、合成及应用

共价有机框架（covalent organic frameworks,COFs）是一类通过共价键连接有机构筑单元设计组装而成的具有周期性二维（2D）或三维（3D）网状结构的多孔有机聚合物,具有高比表面积、低密度、高度有序的周期性结构和易于功能化等特点。与单一孔COFs相比,多级孔COFs具有分级的孔道结构、不同的孔环境、极易接近的活性位、优异的传质和扩散性能,在气体分离和储存、环境治理、光电、生物医药、催化等领域具有更为广阔的应用前景。但由于多级孔COFs合成条件苛刻,其结构多样性仍然十分有限。本文从反应类型、设计策略、合成方法、功能化修饰、应用领域等方面系统地综述了多级孔COFs的研究进展,提出开发更多的单体、键合类型、拓扑结构,拓展更多的修饰手段,充分发挥多级孔结构优势的发展趋势。未来通过不断探索与研究,一定能开发出更多具有新的拓扑结构、不断提高的性能及更多新的应用的多级孔COFs材料,实现多级孔COFs快速、高效、低成本的加工成型,使其在能源、生物、环境、催化等领域发挥出不可替代的作用。     

基于MOFs材料的低碳烃（C1~C3）分离研究进展

低碳烃（C₁~C₃）混合物的分离和纯化是化工过程中最重要且耗能最大的过程单元之一,开发温和条件下低能耗高选择性吸附分离C₁~C₃分子的固体吸附材料迫在眉睫。金属有机框架材料（MOFs）作为一类相对新颖的多孔有机-无机杂化材料,因其可控的拓扑结构和多样的化学微环境,在低碳烃分离和纯化领域受到广泛关注。本文概述了MOFs作为分离和纯化低碳烃气体吸附剂的特性,重点关注了MOFs材料在C₁（CO₂/CH₄）、C₂、C₃烯/烷烃以及烯/炔烃分离领域的应用进展。首先归纳了MOFs材料在C₁~C₃烃类物质分离过程中的三种常见分离机制,并据此回顾了近年来MOFs材料对常见C₁~C₃烃类分子的吸附及分离性能;分析了MOFs材料在C₁~C₃烃类物质分离过程中的构效关系,总结了MOFs材料的孔道尺寸/形状、骨架柔性和表面功能的调控理念与方法,并提出MOFs材料成本高、水热稳定性差、主客体关系难以精准探测等制约其应用发展的现状。文章指出未来研究重点为开发低成本多样化专一性的新型配体,构造复合型吸附剂,并明确吸附分离过程中分离体系主客体性质,为MOFs材料用于低碳烃分离的定向设计提供了探索方向。     

MOFs材料在CO2加氢制甲醇催化剂中的应用

作为最主要的温室气体，CO₂的大量排放引发了全球变暖等一系列环境问题。利用CO₂加氢合成甲醇是实现CO₂循环利用、解决环境问题的切实可行的途径。开发高效、高选择性的催化剂是实现CO₂加氢制甲醇工业化应用的关键。近年来，金属有机骨架(MOFs)材料由于其结构多样性、设计灵活性的特点在催化领域引起了广泛关注，MOFs材料应用于CO₂加氢制甲醇催化剂的合成，可以有效解决目前CO₂加氢制甲醇催化剂存在的反应选择性低、CO₂转化率低、合成速率低等一系列问题，提高催化性能。综述了CO₂加氢制甲醇MOFs材料催化剂的研究进展，论述了MOFs材料应用于CO₂加氢制甲醇催化剂的优势及合成方法，评价了MOFs材料对不同的金属基催化剂的改善作用及存在的不足，并对其应用的挑战和前景进行了讨论。     

COFs结构在锂离子电池负极材料中的应用进展

共价有机框架（COFs）材料作为一种继金属有机框架（MOFs）后的新型多孔材料，具有独特的空间结构和可以调控的化学环境，已在储能领域展现出优良的性能和巨大的应用潜力。目前，COFs材料在锂离子电池负极上的应用十分广泛。该文结合了近年来COFs材料及其相关衍生物在锂离子电池负极上的应用，先简单介绍其储锂机制及空间结构；接着，探讨了孔径、厚度、官能团及元素掺杂对COFs材料电化学性能的影响；最后，分析并展望了COFs材料在锂离子电池负极领域的相关挑战和应用前景。     

基于MOFs材料光催化分解水制氢的研究进展

“双碳”目标的提出让氢能热度持续攀升，制氢技术突破是氢能连接能源消费终端的关键桥梁，光催化分解水制氢技术是实现太阳能低碳转化的有效途径。其中，利用具有比表面积和孔隙率高、结构可调、活性位点丰富等优势的金属有机框架（MOFs）材料光催化分解水制氢是近年来的研究热点。该文综述了国内外基于MOFs材料光催化分解水制氢体系中半导体复合、金属离子掺杂、敏化剂修饰和贵金属负载等方法的改性原理、技术难点和制氢效果等，重点阐述比较了上述MOFs改性方法在抑制光生电子空穴对复合、优化MOFs禁带宽度和增加MOFs活性位点等方面的作用，提出了未来MOFs光催化分解水制氢可深入新型MOFs材料开发、敏化剂修饰工艺优化、拓展先进表征手段的研究方向。     

铬酸银负载MIL-125(Ti)-NH2复合光催化材料的制备及其性能研究

金属有机框架(MOFs)是一类由金属中心与有机配体桥联而成的新型多孔材料,具有高孔隙率、大比表面积、高热稳定性等特性,受到了各个领域的科研人员的重视。本论文利用温和溶剂热法合成一种典型的钛基MOFs材料MIL-125(Ti)-NH₂,并在其基础上合成不同比例的复合光催化剂Ag₂CrO₄@MIL-125(Ti)-NH₂(简单标记为Ag₂CrO₄@MTi)。运用一系列检测手段,如XRD、DRS测试对样品进行表征,分析其物理及化学性能。通过光催化抗菌试验(以金黄色葡萄球菌为例),来探究其光催化性能。为了研究光催化剂的抗菌效果,对其进行了光催化抗菌试验。采用氙灯照明和恒温培养,研究实验中的该光催化剂对金黄色葡萄球菌的影响。实验结果证明,Ag₂CrO₄的负载后的复合光催化剂活性得到了一定的提升,对金黄色葡萄球菌的杀菌率显著提高。