MOF复合材料在气体吸附分离中的研究进展

作为一种新型多孔材料,金属有机骨架（metal-organic framework, MOF）材料因其具有高孔隙率、大比表面积、孔尺寸高度可调、结构多样等优点,近年来在气体吸附与分离领域显示出广阔的应用前景。然而,在MOF材料的工业化进程中,仍存在稳定性差等问题需要解决。将MOF材料与其他功能材料进行复合,实现不同材料间的协同效应,在保证吸附分离性能的同时,显著提升MOF材料的结构稳定性。本综述概述了MOF基复合材料的构筑策略,与MOFs构筑复合材料的材料,包括碳基材料、离子液体、MOFs、分子筛等。分析了各种MOF复合材料在气体吸附与分离领域的应用进展,并对该研究方向进行了展望。     

基于多酸复合物的电化学生物传感器在食品分析中的研究进展

多金属氧酸盐（POMs）具有结构和组成多样性的优点，在电化学生物传感器领域被认为是一类颇具前景的功能性阴离子电极修饰材料。通过将POMs与碳基材料、贵金属和金属有机框架等纳米材料复合形成多酸复合物，可以克服其导电能力差和比表面积小的缺陷，将进一步拓展POMs在电化学生物传感器领域的应用范围。该文综述了近年来基于POMs基复合物电化学生物传感器的构建方法，以及POMs基复合物在食品分析领域中的研究进展，并探讨了POMs基复合物未来的挑战和发展前景。将POMs基复合物制备与电化学生物传感器构建这两项技术不断融合将逐渐提升相关传感器的检测性能。     

铁钴MOF的制备及电解水析氧性能研究

氢气是一种高能量密度的清洁型能源，具有高效率、低成本、产物无污染和来源丰富等优点，利用太阳能光伏、风力、水力等可再生清洁能源电催化分解水制氢是最具潜力的绿色制氢方式之一。其中电催化材料对能源转换效率起至关重要的作用，电催化优异的Pt、Ir等贵金属基材料价格高昂、储量稀缺，无法在工业上大规模应用。因此，非贵金属类电催化材料成为当前电催化领域研究的热点。而影响电解水效率的主要因素是动力学缓慢的析氧半反应(OER),本论文合成了一种新型有机双联配体，并利用该配体与钴、铁等配位，水热合成了一系列钴、铁单金属MOFs(Co_xMOFs、Fe_xMOFs)和钴铁双金属MOFs(Co_xFe_yMOFs)材料，表征其微观结构和形貌，并通过多种电化学手段测试其电催化分解水析氧性能，结果表明单金属MOF中有机配体与金属按物质的量比3∶1制备的MOF的析氧性能最好，而双金属MOF中铁和钴的相互作用提高了其电催化动力学、减小了电化学阻抗，Co₆FeMOF表现出最优的电催化析氧性能，且所有催化材料都具有较好的...     

元素掺杂生物质炭材料在电化学储能中的研究进展

在“双碳”目标的背景下,新型生物质炭材料的开发及其在电化学储能领域中的应用引起了人们广泛的关注。在各种优化生物质炭材料性能的方法中,元素掺杂能够解决比容量低、稳定性差的问题,为提高生物质炭材料电化学性能提供了一种简单、有效的方法和策略。本文从植物基、动物基和微生物基三方面介绍了元素掺杂生物质炭材料的来源,并根据掺杂元素的种数将元素掺杂生物质炭材料归纳为单元素掺杂和多元素共掺杂。回顾了元素掺杂生物质炭材料在超级电容器、锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池等电化学储能器件中的应用,在此基础上分析了其化学组成和微观结构对电化学性能的影响。同时对其今后的发展和商业化前景做出展望,指出掺杂元素的种类和含量的调控、制备方法和工艺的优化、生物质自掺杂属性的激活仍是目前亟待解决的问题和未来的发展方向。     

金属-有机框架材料在石化环保领域的应用

石油化工是我国的支柱产业，也是环境污染的主要来源。近年来，随着国家环保形势的日益严峻和相应环保法规的陆续出台，高效处理石化行业所涉及的各类污染问题已成为重中之重。作为一种新型的纳米多孔材料，金属-有机框架（MOF）在石化环保领域展现出了广阔的应用前景。该材料可作为高性能吸附剂、分离膜以及催化材料去除或降解石化行业中的典型污染物。本文系统梳理了MOF材料及其相关工艺在石化环保领域的潜在应用，重点介绍了近年来国内外取得的突破性进展，并在此基础上深入分析了该材料的应用现状、存在问题及未来的研发方向。总体而言，MOF材料具有比传统多孔材料更优异的结构特征和应用性能；展望未来，其能够作为吸附剂、分离膜或是催化材料在石化环保领域得到更大规模的推广与应用。     

基于MOFs的衍生物及其电催化析氧性能的研究

析氧反应(OER)在电化学水裂解中扮演着重要的角色,为可持续生产氢能提供更可行的途径。以金属有机框架(MOFs)作为模板所得到的衍生物具有可调控的结构/成分、高表面积以及有序孔道结构等优点。综述了近年来MOFs基衍生物在OER应用中的研究进展,所展示的实例将为制备高活性MOFs基衍生物提供参考。最后,展望了MOF基电催化剂工程化所面临的挑战和前景。     

金属有机框架材料在废水处理中的应用

金属有机框架（MOF）由金属离子和有机配体桥接组成,其具有规则和可调的孔隙结构。因此,MOF材料在膜分离领域得到了广泛的关注。本文对MOF膜材料的各种设计和合成策略作简要陈述,并描述了MOF膜在膜过滤、膜蒸馏和膜渗透汽化中的应用。     

微生物燃料电池纳米纤维基阳极材料的研究进展

微生物燃料电池（Microbial fuel cell，MFC）是一种非常有前途的环境友好型电化学装置，它可以利用电活性微生物从废水中提取能源，并降解废水中的有机物，是解决目前环境与能源危机的重要技术。然而，相对较低的产电效率限制了其大规模应用，主要体现在阳极缓慢的胞外电子传递速率（extracellular electron transfer，EET）和较少的产电微生物附着量。纳米纤维由于具有高的比表面积、良好的电化学性能和电导率，是改善阳极的重要材料。本文介绍了影响阳极材料性能的因素，系统总结了近年来国内外纳米纤维基阳极材料的种类与制备方法，针对纳米纤维基阳极材料在MFC领域的研究现状，重点解释了各种纳米纤维材料的优缺点。最后，对纳米纤维基电极材料以及MFC技术的发展方向进行了展望，以期为推动MFC的工程化应用提供理论参考。     

纳米MOFs及其衍生物在超级电容器中的研究进展

金属有机框架（MOFs）材料因其大的比表面积、可调控的孔道结构和丰富的活性位点引起了国内外学者们的广泛关注。近年来MOFs基材料广泛应用于能量储存与转化领域,但大多数MOFs基材料的低稳定性和低导电性等缺陷限制了其实际应用。通过对MOFs基材料进行改性,如采用共轭度高的有机配体以增加MOFs材料的稳定性,或MOFs衍生物以提高其氧化还原活性位点和导电性,从而达到提高MOFs基电极材料的电化学性能。主要介绍了原始MOFs及其衍生材料如碳材料、金属氧化物、金属硫化物、金属氢氧化物和金属磷化物等在超级电容器电极材料中的最新研究进展。研究表明,多金属MOFs材料或多金属MOFs衍生物有利于提高电极材料的电化学性能,而导电MOFs材料或MOFs衍生物中的碳材料有利于提高电极材料的导电性。最后对MOFs基电极材料在电化学储能领域中的研究做出了展望,指出MOFs基材料的形貌、组分和导电性是未来研究的发展方向。     

金属有机框架复合材料在超级电容器中的合成及应用研究

电极材料是超级电容器（SCs）的关键部件,金属有机框架（MOFs）作为一种多孔材料,由于其具有比表面积大、结构可控、孔径可调等优点在SCs电极材料领域得到诸多关注,而MOFs的低导电性和稳定性仍然是实际应用中的主要挑战。MOF复合材料是一类由MOFs与一种或多种不同材料组成的复合材料,它可以有效地结合MOFs和其他功能材料的优势,例如优良的导电性和独特的电化学性质等。因此,MOF复合材料可以实现高可逆容量和优良的循环性能,克服MOFs材料的缺点,在超级电容器电极材料领域具有广阔的应用前景。根据与MOFs复合的材料维度分类,可分为0D、1D、2D和3D MOFs四类复合材料,重点综述了这四类复合材料的组成及合成方法,并系统介绍了MOF复合材料的SCs应用,对其发展前景进行展望。     

金属有机框架在电解水反应中的研究进展

金属有机框架(简称MOFs)是一类具有立体框架结构的多孔配位聚合物,它是由有机配体通过配位键连接无机金属簇组装形成的,由于具有可调节的孔道结构、较大的比表面积以及拓扑结构多样性等优点,MOFs在电解水领域显示出巨大的潜力。从电解水反应的基本原理入手,综述了近年来MOFs材料在电解水领域中的研究进展,重点介绍了MOF基电催化剂设计相关的策略,最后提出了MOFs材料在合成和应用方面面临的问题和挑战,并对这类材料未来的发展趋势进行了展望。     

电催化氮还原合成氨MOF基催化剂研究进展

室温下电催化氮还原合成氨（nitrogen reduction reaction,NRR）因其较低的能耗而受到广泛关注。到目前为止，设计高效电催化剂以提高NRR性能是研究重点。其中，金属有机骨架（metal organic framework,MOF）及衍生材料因其独特的多孔结构和可控成分等优势促进了其在气体捕获、分离和催化中的应用。本文首先讨论NRR的反应机制，然后重点讨论MOF及衍生材料用作NRR电催化剂的研究进展，最后，对MOF基NRR电催化剂的设计策略、存在问题及NRR催化面临挑战进行了总结与展望。此外，文中指出：(1)自支撑MOF基电催化剂的合理设计对NRR性能有质的提升；(2)机器学习、DFT计算及原位测试技术的有效结合对NRR机理、催化剂的高效设计及筛选等具有重要指导意义。因此这些也将成为NRR催化未来研究趋势。     

生物质衍生碳基催化剂在能源转化中的应用

综述了生物质衍生碳基催化剂的构建策略,及在燃料电池、电解水反应领域的最新研究进展。与传统碳材料相比,生物质衍生碳基催化剂表现出更优异的电化学性能,是一种有前景的能源材料。期望为未来生物质衍生碳材料的精准设计和优化提供借鉴与方向。     

Cu/Fe-MOF复合材料在水处理过程应用研究进展

随着工农业的快速发展,水环境中工业副产品、有机染料、药物及个人护理品、农药和杀虫剂污染问题亟待解决。Cu基金属有机框架材料（Cu-MOF）无毒、稳定性强、易引入功能基团、易装配,Fe基金属有机框架材料（FeMOF）反应活性强、电子传递能力快、多数具备磁性和易回收特性,将两者相结合的复合材料能借助两者的优点,制备得到绿色环保、无二次污染的高效水处理材料,在水处理领域具有广阔的应用前景。本论文对Cu-MOF、Fe-MOF、Cu/Fe-MOF和Cu/Fe-MOF衍生物等材料构建及应用过程进行综述,并对其在水处理领域的进一步发展进行了展望。     

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。     

NiCo-LDH中空纳米墙材料的制备及其电化学性能研究

以泡沫镍为生长基底、金属有机骨架材料(MOF)为牺牲模板,采用生长-蚀刻-沉积方法合成了中空纳米墙NiCo-LDH材料,并将其用在超级电容器的正极上。通过XRD、SEM、TEM、XPS和电化学工作站对材料的物相以及电化学性能进行表征和测试。结果表明,NiCo-LDH材料表现出强烈的类电池特性,在1 A/g电流密度下获得的比容量为739.9 C/g,远超于Co-MOF电极的160.3 C/g。MOF衍生的材料展现出优异的储能能力,有望应用在超级电容器的正极中。     

锂离子电池硅负极粘结材料的研究进展

硅基负极材料因具有较高的理论比容量 4200 mAh/g，已成为国内外新能源锂离子电池负极材料领域研究热点课题。然而，由于硅基材料体积膨胀率高达400%，经多次充放电循环后，硅颗粒会发生破裂和粉化使其在电极基体上易脱落，从而导致电池容量衰减快、寿命短的技术缺陷。为缓解硅颗粒巨大体积变化产生的应力以及维持电极完整性，国内外科学研究者们从电池组成上出发，对活性材料、导电剂、粘结剂、电解液等进行系统研究，其中对聚合物粘结剂改性是一种实现其高寿命、抗衰减的有效手段之一。基于锂离子硅基负极材料优异特性及粘结材料的研究现状，综述了硅基负极组成、结构、性能、作用原理、分子间作用机制以及负极粘结剂的分子结构设计，探讨其对硅基锂离子电池电化学性能的影响规律，为锂离子电池硅基负极粘结材料的应用与开发提供理论和实践指导。     

石墨炔氧还原催化剂的合成及应用

碳基材料一直被认为是替代贵金属氧还原反应(ORR)催化剂的最有潜力的材料。其中，石墨炔作为一种新的碳同素异形体，由于同时具有sp和sp²杂化的碳原子以及单原子层厚度的二维平面结构，因此在具有碳基材料固有的导电性和稳定性的同时，石墨炔基材料表现出更高的本征电化学活性。本文综述了目前用于电化学氧还原催化的各种石墨炔基催化材料合成的最新进展和成果，并从其电子结构和催化活性等角度分析了石墨炔基碳材料在氧还原催化应用方面的优势。最后，对石墨炔基碳材料在电化学氧还原催化方面研究的前景和面临的挑战进行了概述，为实现高质量石墨炔基无机非金属氧还原催化剂的设计合成提供了新的思路。     

MOF及其复合材料吸附去除VOCs应用研究进展

金属有机骨架材料（MOF）是一种高比表面积、活性位点丰富、易化学修饰的新型多孔材料,但较差的水稳定性限制其在吸附挥发性有机化合物（VOCs）领域的应用,因此如何提高和巩固MOF的吸附性能已成为研究的热点。本文从单体MOF的合成、MOF复合材料的制备、吸附机理和吸附影响因素等方面综述了MOF及其复合材料吸附去除VOCs的研究进展。针对目前MOF材料在吸附VOCs方面的不足提出研究建议,展望其在VOCs吸附领域的发展方向为制备富含微-介孔结构和活性位点、水热稳定性强、抗水蒸气竞争吸附好和循环利用率高的新型高稳定性材料,以及开发新型MOF材料合成方法。     

MOFs基材料在超级电容器中的应用

金属有机骨架材料（MOFs）多样的组成与结构、高的比表面积和丰富的孔结构等优势,使其逐渐成为高性能电化学储能与转换电极材料研究的热点之一。本文主要介绍了MOFs在超级电容器中的应用研究,阐述了MOFs自身及其复合材料和衍生物（多孔碳、金属硫化物及氧化物）在超级电容器材料应用领域的研究进展,讨论了MOFs基超级电容器的结构特征及其在电化学储能领域中展现出特殊的性质和新颖的功能,提出了MOFs构筑的超级电容器在新能源储存与转换领域发挥的重要作用,最后对MOFs基超级电容器自身结构稳定性差、导电率偏低及其实际应用受限进行了分析。