摘要:分级多孔碳 (HPC) 具有出色的化学稳定性和发达的多孔结构,在能源相关应用中具有广阔的应用前景。人们已将注意力转向开发新的合成策略和前体材料,以便更好地控制成分、尺寸、形态和孔结构。由于金属有机骨架 (MOF) 具有高度可定制的特性,因此越来越多地将 MOF 用作 HPC 前体。在本文中,我们报告了一种仿生生长的细菌模板 MOF 合成方法,其中细菌不仅促进了 MOF 纳米晶体的形成,而且还提供了形态和孔隙率控制。与原始 MOF 衍生的 HPC 相比,所得 HPC 表现出更好的电化学容量行为。考虑到细菌的广泛可用性及其生产的简易性,以及细菌模板上 MOF 生长效率的显著提高,我们认为细菌模板化 MOF 是一种生产新一代 HPC 的有前途的策略。关键词:分级多孔碳、金属-有机骨架、仿生矿化、细菌、碳化、超级电容器■ 介绍
在已发表的文献中,可扩展的MOF或可以在更大规模上合成而其性质没有明显变化的MOF的两个例子是HKUST-1 10和MIL-68(Al)。11这两种MOF可以大规模合成而不会遇到很多问题。其他有前景的MOF可以评估其大规模生产的能力,包括ZIF-8 12和A520。13深入研究揭示了MOF在去除挥发性有机化合物(VOC)方面的应用。14–17与ZIF-67和CAU-10一起,这六种MOF将评估其吸附VOC以对抗污染的能力。污染主要来自燃料燃烧、交通废气、工业废气和光化学污染、香烟、油烟、建筑材料、涂料等。 18 根据欧盟规定,在101.3kPa大气压下,有机物的初沸点低于250℃即为VOC。环境中VOC的增加已导致全球空气质量大幅下降,最终对民众的健康和福祉造成严重影响。19
在聚合矩阵中掺入二维纳米结构的复合材料具有多种技术(包括气体分离)的功能成分。前瞻性地,使用金属有机框架(MOF)作为多功能纳米燃料,将显着扩大功能范围。但是,事实证明,以独立纳米片的形式合成MOF是具有挑战性的。我们提出了一种自下而上的合成策略,用于可分散的铜1,4-苯二甲基甲酸MOF MOF薄片,层层层和纳米尺寸。将MOF纳米片掺入聚合物矩阵中赋予所得的复合材料,具有与CO2/CH4气体混合物的出色二氧化碳分离性能,以及与压力分离选择性的异常和高度期望的提高。通过层压板浓缩的离子束扫描电子显微镜揭示,与各向同性晶体相比,MOF纳米片对膜横截面的优越占用源于膜横截面,从而提高了分子歧视的效率,并消除了无可生度的持续性途径。这种方法为各种应用打开了超薄MOF - 聚合物复合材料的门。
11 最近,基于金属有机骨架 (MOF) 的聚合物基底在许多工程 12 和技术领域展现出良好的性能。然而,MOF/聚合物复合材料的一个常见缺点是 MOF 晶体封装和 13 表面积减小。这项工作报告了一种简便温和的生产自支撑 MOF 为主的中空 14 纤维垫的策略。通过 15 我们的合成方法成功制造了多种中空 MOF,包括 MIL-53(Al)-NH 2 、Al-PMOF 和 ZIF-8 16 。该合成策略结合了金属氧化物的原子层沉积 (ALD) 到聚合物纤维,16 随后选择性去除聚合物成分,然后将剩余的中空金属氧化物转化为 17 独立的 MOF 为主的中空纤维结构。中空 MOF 表现出增大的表面积、极好的孔隙率、优异的孔隙可达性,并在 CO 2 吸附(3.30 mmol g -1 )、CO 2 /N 2 分离选择性(15/85 和 50/50 CO 2 /N 2 混合物分别为 24.9 和 21.2)和催化去除 HCHO(60 分钟内完成 150 ppm 的氧化)方面表现出显着改善的性能。
金属有机框架(MOF)是结晶材料,具有与金属中心结合的有机连接。他们提供了一种新的,有希望的吸附剂,其特征是它们的大量表面积,多样化的高质量结构和化学稳定性。自1995年发现以来(Yaghi等,1995),已经报道了超过20,000种MOF化合物的合成(Deng等,2012; Maurin等,2017),导致它们在吸附和催化行业中广泛利用。在其中,氨基功能化的MOF,具有锆为中央体的UIO-66型,由于其酸和基础耐药性和特殊的结构稳定性,已成为重金属离子吸附的潜在候选。随着MOF的应用越来越普遍,已经探索了各种制备方法。在整个制造过程中,诸如协调环境,协调连接,金属中心离子和化学配体等因素显着影响MOF的结构(Wang等,2013)。几个反应变量,包括温度,金属离子与有机配体的摩尔比,溶剂,反应系统的pH,成分浓度和反应时间,已被确定为最终的MOF结构和特性的关键决定因素(Deng等,2015)。MOF的设计和控制比传统的多孔材料更简单,因为它们可以在受控和轻度条件下合成,从而导致具有增强表面积,渗透率,耐热性和电气特性的材料(He等,2017; Huo等,2017)。重型MOF材料在合成方法中提供多功能性,并具有重金属离子的出色吸附性能,使其在实际应用中很有价值。
在过去的几十年中,金属有机框架(MOF)的研究兴趣增加了。1,2 MOF是由具有多型有机配体或接头的无机建筑单元(即离子,簇或链)的组合和中心结构的自我上光性的结构,这些结构或连接器具有多型有机配体,或者是链接器,这些结构或接头是一个机构建筑单位。3最小的重复单元通常是无机节点和周围有机接头的组合,通常称为二级建筑单元(SBU)。是由于它们的结构特性,例如高孔隙率和巨大的自由体积,值高达90%,4-6,因此已经探索了MOF的几种潜在应用,包括但不限于气体吸附,7-9催化,10-13催化,10-13化学感应,14,15和水处理。16–18尽管有一些无定形MOF的例子,但19个远程顺序 - 即结晶度 - 是截至今天的绝大多数MOF中统治的结构特征。20个crys-甲甲基材料由于其已知的组成和恒定密度以及功能的均匀分布而有利。在MOF中,可以使用晶体结构来确定吸附位点的位置,21个合成后修饰的证明,22,23,并精确地鉴定了孔隙占据的物种。24通常,有两种方法用于确定MOF中的结晶度。如果合成的MOF微晶的大小<50μm,则可以使用粉末X射线衍射(PXRD)检查微晶粉末。25获得衍射图后,可以将其与已知结构的模拟模式进行比较,以确认相位纯度和MOF的整体拓扑。另外,与其他特征技术结合使用,PXRD可用于通过Rietveld改进方法获取有关新合成材料的结构信息,该方法涉及对离子在单位电池中的位置进行建模。26,27当结晶石大小>50μm时,则可以使用单晶X射线衍射(SCXRD)来获得MOF的绝对结构信息。到今天为止25,28,获得适合SCXRD的MOF Sample可能是一项艰巨的任务,因为在大多数情况下,生长和nu效率之间没有显着差异,从而导致微晶
摘要:金属 - 有机框架(MOF)在二十年前开始出现,导致在剑桥结构数据库(CSD)中沉积了120 000个类似MOF的结构(和计数)。拓扑分析是了解周期性MOF材料的关键步骤,通过简化对完整化学结构的连通性的简化来深入了解这些晶体的设计和合成。虽然一些最普遍的拓扑,例如面部中心的立方(FCU),方格(SQL)和钻石(DIA),但很简单,可以轻松地分配给结构,但MOF是由复杂的构建块构建的,是由复杂的构建块建造的,具有多个不同对称性的节点,具有多个具有不同对称性的节点,因此很难表征拓扑配置。在这些复杂的结构中,表示节点和链接器的定义模糊,尤其是对于在化学术语中不立即明显的情况下,表示形式很容易分歧。目前,研究人员可以选择使用TopoSpro,MoFID和Crystalnets等软件来帮助将拓扑描述分配给新的和现有的MOF。这些软件包很容易获得,并且经常用于将原始MOF结构简化为其基本连接表示形式,然后算法将这些凝结表示形式匹配到基础数学网络的数据库。这些方法通常需要使用内置债券分配算法以及简化和匹配规则。从这个角度来看,我们讨论了拓扑在MOF领域,这些软件包实施的方法和技术及其可用性和局限性的重要性,并查看其在MOF社区中的吸收。
金属有机框架(MOF)是具有不同,可调功能,高孔隙率和表面积的创新多孔材料,使它们有望在气体存储,分离和催化应用中使用。此外,它们的衍生物还补偿了MOF缺乏电子电导率和化学稳定性,为精确控制材料结构提供了新的最佳选择。已经基于MOF创建了许多有效的电催化剂,它们的衍生物是对金属空气电池中的O2降低/进化过程和二氧化碳的降低/进化反应。在这篇综述中,我们重点介绍了金属电池中MOF及其衍生物的最新发展,并探讨了这些材料的结构特性及其各自的作用模式。通过彻底审查MOF的收益,问题和前景,我们可以更好地了解电催化和能源储能技术的未来发展。
金属有机骨架 (MOF) 代表了一类相对较新的材料,由于其独特的特性(例如多级孔隙率、活性金属中心、连接体/金属节点的多功能性和大表面积)而备受关注。在众多 MOF 中,Zr 基 MOF 表现出相对优异的化学和热稳定性,使其成为能源和环境应用的理想选择。作为 Zr-MOF,NU-1000 首次在西北大学合成。本文全面回顾了合成 NU-1000 MOF 以获得独特表面特性(例如,多样化的表面形貌、大表面积和特定的孔径分布)的各种方法,以及它们在催化(电催化和光催化)、CO 2 还原、电池、储氢、气体储存/分离和其他环境领域中的应用。该评论进一步概述了 NU-1000 MOF 及其衍生物在实际应用中开发所面临的当前挑战,并揭示了未来研究的领域。
抽象的金属有机框架为几乎每个主要行业的含义都提供了高性能材料的构建材料的各种景观。具有这种多样性茎,具有各种途径和中间体的复杂结晶机制。结晶研究一直是无数生物学和合成系统发展的关键,而MOF也不例外。本综述概述了用于破译MOF结晶的当前理论和基本化学。然后,我们讨论如何将固有和外在合成参数用作调节结晶途径以使用精细调整的物理和化学特性生产MOF晶体的工具。提供了实验和计算方法,以指导分子和大量尺度上MOF晶体形成的探测。最后,我们总结了该领域的最新进展以及我们对MOF结晶的令人兴奋的未来的前景。