金属有机框架材料(MOFs)作为一种新兴的多孔材料,近年来在材料科学领域引起了广泛关注。北京理工大学在MOFs的研究与应用方面取得了显著成果,本文将揭秘北理工在金属有机框架材料革新之路上的重要进展。
一、MOFs简介
金属有机框架材料(MOFs)是由金属离子或团簇与有机配体通过配位键连接形成的多孔晶体材料。由于其具有高比表面积、可调孔径、可设计结构和可调节的化学性质,MOFs在气体存储、催化、吸附、传感和药物递送等领域具有广泛的应用前景。
二、北理工MOFs研究进展
1. 阻燃剂制备技术
北理工杨荣杰教授课题组在金属有机框架阻燃剂制备技术方面取得重要进展。他们巧妙地利用沸石咪唑酯骨架材料ZIF-67和ZIF-67释放的Co形成的氢氧化钴作为双成核位点,借助磷腈缩聚生成的HCl蚀刻ZIF-67和氢氧化钴,最终获得了具有不同维度和尺寸的聚磷腈杂化物CPPHS,用于阻燃环氧树脂(EP)。该阻燃剂包含的P-N-Co元素发挥了协同阻燃作用,有效阻碍了热流传播以及可燃气体的交换。
2. 离子液体促进MOFs合成、功能与应用
北理工绿色生物制造团队与吉林大学陈龙教授团队合作,在离子液体促进多孔有机框架材料合成、功能与应用方面发表综述文章。他们讨论了离子液体(ILs)在促进多孔有机框架材料的合成和功能化方面的作用,以及ILs在多孔有机框架材料中的优异性能。
3. 含能材料研究
北理工李生华、庞思平等研究者将MOFs的理念应用于新型含能材料设计,在国际化学顶级期刊《德国应用化学》发表了题为“3D Energetic MetalOrganic Frameworks: Synthesis and Properties of High Energy Materials”的研究论文。他们首次合成了一类具有三维结构的金属有机框架含能材料,显示出高热稳定性、高爆热、低感度等特点。
4. 臭氧分解催化剂
北理工王博教授团队提出了一种含铁金属有机框架MIL-100(Fe),用于去除臭氧。MIL-100(Fe)在室温下相对湿度为45%,空间速度为1.910h时,在100小时内具有100%的持久臭氧转化效率,显示出优异且稳定的催化效率。
5. PM2.5过滤净化
北理工王博教授团队将金属有机骨架化合物(MOFs)用于空气过滤净化。经实验室检测,室温下,该材料对PM2.5的滤出率可以达到99.5%。
6. 金属热-硫化-碳化构建MOFs衍生TMSs@Graphene/CNx异质结
北理工谭国强教授团队报道了一种范式金属热-硫化-碳化同步构筑方法,依据2TMCS 2TMSC(MZn, Co, Ni, etc.,)反应机理,ZIFs中金属位点转化成被少层石墨烯包裹的TMS晶体(TMSs@Graphene)且均匀地分散在热解多孔碳化多面体框架中,从而形成紧凑的TMSs@Graphene/CN三重异质结构。这种结构在提高TMS容量效率和结构稳定性方面具有内在优势,因此在锂离子和钠离子存储方面表现出良好电化学性能。
7. MOFs作为具有广阔前景的高分子材料阻燃剂
北理工潘也唐团队/南昆大宋平安团队聚焦于MOFs在阻燃领域的应用,通过不断优化生产工艺、定制MOFs的特定性能和应用,拓展MOF材料的功能范围,使其在阻燃领域展现出更为丰富的潜力。
三、总结
北京理工大学在金属有机框架材料的研究与应用方面取得了显著成果,为我国MOFs领域的发展做出了重要贡献。随着MOFs材料的不断发展和应用,相信其在未来将会在更多领域发挥重要作用。