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MOF&COF聯名應用
點擊次數:172 發布時間:2019-07-24

有機骨架材料(Organic Frameworks)是21世紀以來發展最為迅速的三維多孔材料之一,其中為大家熟知的金屬有機骨架材料(MOF)。近十年來,共價有機骨架材料(COF)也開始嶄露頭角,在氣體吸附、化學分離、催化、化學傳感、光電和儲能等領域表現出了強大的應用潛力。共價有機框架網絡(COF)作為繼有機金屬框架網絡(MOF)之后又一重要的三維有序材料, 當這兩個研究的熱點聯名起來會發生什么樣的神奇現象呢?

來自不同世界的[email protected]新多孔材料

美國加州大學體系的Pingyun Feng和Xianhui Bu教授團隊開發了一種集成的[email protected]協同裝配策略,通過MOF:[(M3-(OH)1-x(O)x(COO)6] 型和COF:[B3O3(py)3] 型疊加。采用這種策略,acs構型框架的配位驅動組裝與COF框架的縮合反應同時發生,并協同作用于一個C3對稱的三聚體硼氧化合物分子(tpb)中。

圖1 交替的三聚體和金屬簇骨架結構

圖2 CPM-100的NH3-吸附等溫線及NH3濃度的比較

COF@MOF復合膜的高效選擇性分離

由于新型膜材料在許多領域的應用,特別是在節能分離技術中具有重要的應用價值,因此對新型膜材料的研究一直受到學術界和工業界的關注。吉林大學的裘式綸教授課題組與法國國家科學研究中心的Valentin Valtchev教授首次證明了MOF可以生長在共價有機骨架(COF)膜上用于制造[email protected]復合膜。合成的[email protected]復合膜對H2/CO2混合氣體的分離選擇性高于單獨的COF和MOF。[email protected]復合膜在H2/CO2氣體對混合分離中,超過了聚合物膜的羅伯遜上界,遠高于各自的分離值及COF-300, Zn2(bdc)2(dabco)和ZIF-8膜

圖3 [email protected]中間層示意圖及分離模型

MOF@COF高效光催化制氫

晶體和多孔共價有機骨架COFs和金屬有機骨架材料由于其有序結構、大表面積、優異的可見光吸收率和可調諧的帶隙在光催化H2領域受到了廣泛的關注。南京師范大學蘭教授通過將NH2-UiO-66共價結合固定在TpPa-1-COF表面,合成了一種具有高表面積、多孔骨架和高結晶度的新型MOF/COF雜化材料。由此得到的多孔多孔混合材料在可見光照射下表現出高效的光催化H2演化。

圖4 復合[email protected]合成路線

疏水[email protected]多相選擇性催化

新型多孔核殼材料在分離、能量轉化和催化等方面具有廣闊的應用前景,因此對其研究具有重要意義。中山大學的李教授課題組報導了一種介孔MOFs: NH2-MIL-101(Fe)為核心,生成具有介孔 COFs: NUT- COF -1(NTU)為外殼的新多孔核殼材料。通過共價連接工藝,復合材料NH2-MIL-101(Fe)@NTU具有良好的結晶度和分級孔隙度,并探討了MOFs與COFs在多相催化中的協同作用。

圖5 NH2 -MIL-101(Fe)@NTU的合成示意圖及多相催化機理

[email protected]核-殼結構實現有機污染物降解

新型多孔雜化材料具有獨特的性能,在材料分離、催化等方面具有廣闊的應用前景,新加坡南洋理工大學的張華教授課題組將MOFs與COFs相結合,形成了一種新型的[email protected]核-殼雜化材料,即: 合成了具有高結晶度和分級孔結構的[email protected][email protected]作為一種新型的可見光驅動光催化劑,在降解有機污染物方面具有廣闊的應用前景。

圖6 NH2 [email protected]的合成路線及降解RhB活性

[email protected]集成雙室微反應器

[email protected]是一種新型的光催化平臺,金屬摻雜的[email protected]作為光催化多功能平臺發揮著巨大潛力。韓國浦航科技大學博士后Dong-Pyo Kim等人報道了一種新型的光催化多功能平臺:一種金屬摻雜的核-殼結構的[email protected](Pd/[email protected])。這種[email protected]使用含NH2基的MOFs可以直接生長在COF外殼,而不需要額外的功能化步驟。

圖7 Pd/[email protected]在間歇式和雙室微反應器中的應用

摘選自:材料人

 

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