UiO-66的合成、结构及应用技术进展

金属有机框架（MOFs）材料因具有比表面积大、孔隙率高及孔道易调、易功能化等特点而应用于各研究领域。然而，多数MOFs材料的化学稳定性和水热稳定性较差，极大地限制其应用。锆基MOFs材料UiO-66的骨架坍塌温度高于500 ℃、可承受1.0 MPa的机械压力并且具有超高稳定性从而引起了人们的关注。该文系统介绍了UiO-66制备方法的研究进展，其中干凝胶转化法具有产品收率高、反应体积小及可连续生产等优点更具优势；详细介绍了有机配体、金属节点和掺杂等改性方式对UiO-66结构的影响，结果表明对UiO-66结构进行改性可进一步提高其性能；总结了UiO-66在催化、气体储存和分离等方面的应用；最后，对UiO-66的未来发展方向进行了展望。     

UiO-66的合成、结构及应用进展

金属有机框架（MOFs）材料因其比表面积大、孔隙率高及孔道易调、易功能化等特点而应用于各研究领域。然而,多数MOFs材料的化学稳定性和水热稳定性较差,使其应用受到极大的限制。锆基MOFs材料UiO-66的骨架坍塌温度>500℃、可承受1.0 MPa的机械压力,并且具有超高稳定性,从而引起了广泛的关注。该文系统地介绍了UiO-66制备方法的研究进展,其中干凝胶转化法具有产品收率高、反应体积小及可连续生产等优点,更具优势;同时详细介绍了有机配体、金属节点和掺杂等改性方式对UiO-66结构的影响,总结了UiO-66在催化、气体储存和分离、药物输送等方面的应用;最后,对UiO-66的未来发展方向进行了展望。     

锆基金属有机骨架UiO-66的合成及在化学防护领域中的研究进展

UiO-66除了具备其他MOFs材料的比表面积大、孔隙率高及孔道易调、易功能化等特点外，与大多数MOFs 材料不同，还具有优异的化学稳定性、机械稳定性、热稳定性和抗水性能，使其在吸附及催化领域具有巨大的应用前景。本文详细介绍了UiO-66的合成方法最新研究进展，包括溶剂热法、机械研磨法、微波辅助法、持续流法及干胶转化法，同时指出干胶转化法产品收率高，纯化、活化过程简单且不产生有机废液，是UiO-66合成及未来工业化生产的发展方向。同时综述了改性UiO-66材料近年来在有毒工业化学品吸附及化学战剂催化降解领域中的研究进展，展望了静电纺纳米纤维负载UiO-66在化学防护领域应用的发展趋势。     

UiO-66的制备、功能化及膜分离研究进展

UiO-66是一种具有优异物理化学稳定性的金属有机骨架（MOFs）材料,近年来引起了研究者们的强烈关注。本文详细介绍了UiO-66的结构,重点探讨了溶剂热法过程中的一系列影响因素,包括使用不同的金属前体,改变合成温度、溶剂、各组分配比以及模板剂等,制备各种性能的UiO-66。针对溶剂热法合成效率较低的问题,介绍了微波合成法、微流控、连续流和无溶剂法等其它UiO-66的制备方法。为了扩大UiO-66的应用范围,对其有机配体进行功能化改性或与其他材料复合改性,具体介绍了改性后UiO-66在气体吸附、水处理、催化、电化学和化学传感等方面的应用。最后综述了利用UiO-66具有多孔特性构建分离膜方面的研究进展,具体阐述了纯UiO-66膜和UiO-66复合膜在气体分离和水处理方面的应用。     

UiO-66(Zr)系列MOFs 催化材料的制备及在乳酸乙酯合成中的应用

以无水四氯化锆ZrCl₄和不同的有机配体,如苯二甲酸、2-硝基苯二甲酸和1,2,4-苯三甲酸为原料,DMF为溶剂,通过溶剂热法合成了一系列UiO-66(Zr)的金属有机骨架MOFs,并用于催化转化二羟基丙酮至乳酸乙酯的反应。UiO-66(Zr)的催化活性和乳酸乙酯的选择性可以通过在制备过程中采用含有不同吸电子基团的无机配体来调节。而且当使用反应中间产物丙酮醛作为起始反应物时,MOFs的活性有了显著的提高。材料表征结果显示,UiO-66(Zr)系列MOFs材料中Brønsted酸的含量低但强度较大,而Lewis酸的含量则较高。本文对二羟基丙酮转化为乳酸乙酯的反应机理进行了详细分析,并实现了100%的二羟基丙酮转化率和乳酸乙酯选择率。     

锆基MOFs的合成和表征及催化制备生物柴油

采用不同有机配体（对苯二甲酸，2-硝基对苯二甲酸、2-氨基对苯二甲酸、2-羟基对苯二甲酸），利用剂热合成法合成锆基MOFs结构UiO-66及其衍生物，添加不同的调节剂（甲酸、乙酸、苯甲酸和盐酸）调节锆基MOFs结构。采用XRD、SEM和FT-IR等对锆基MOFs材料进行表征，研究不同的调节剂和添加量对锆基MOFs形貌特征和结构性质的影响。研究发现调节剂的不同对锆基MOFs结构形成产生不同影响，盐酸和乙酸混合调节剂能显著提高UiO-66的结晶度，当n(调节剂)∶n(ZrCl4)=30∶1时，苯甲酸调节剂可以获得尺寸为500 nm结构规整的UiO-66八面体晶体，甲酸调节剂将UiO-66的比表面积由1173.3 m2/g提高到1973.8 m2/g。选择3种锆基MOFs作为酯化反应催化剂，UiO-66-NH2催化活性较好，其游离脂肪酸转化率为50.7%，用KOH催化酯化油反应得到的生物柴油产率为51.6%，脂肪酸甲酯含量达99%以上。     

混合配体合成金属有机骨架UiO-66吸附剂的研究

金属有机骨架UiO-66具有良好的化学和热稳定性。为提高其氢气吸附能力,探究其在氢气储存领域中的应用,采用溶剂热法合成高纯度UiO-66,并以不同摩尔比的对苯二甲酸和2-氨基对苯二甲酸合成NH_2-UiO-66材料,分别对UiO-66和混合配体合成的NH_2-UiO-66进行X射线衍射、热重分析、N_2物理吸附、扫描电镜和氢气吸附性能等分析和表征,结果表明,NH_2-UiO-66的结晶度随着2-氨基对苯二甲酸的加入先逐渐变强,后又渐渐变弱。氢气吸附性能也随着2-氨基对苯二甲酸的加入呈现相同的特点,其中,对苯二甲酸与2-氨基对苯二甲酸的摩尔比为3∶2时,所合成的NH_2-UiO-66的氢气吸附性能最佳,比单配体合成的UiO-66提高33%,具有良好的应用前景。     

多级孔金属有机骨架材料的合成及其在生物医药中的应用研究进展

金属有机骨架（metal-organic frameworks,MOFs）是多孔材料领域的研究热点之一。MOFs具有高比表面积和孔道均一等特点,但微孔MOFs在大分子应用领域受到限制。本文介绍了延长配体法、模板剂法和聚合物法等多种制备多级孔MOFs的方法,合成后的多级孔MOFs兼具微孔、介孔和大孔,能够参与大分子反应,同时具有水热稳定性和化学稳定性,在催化、气体吸附分离、储能材料等诸多领域表现出优异性能。本文重点介绍了多级孔MOFs在生物医药领域的研究进展,结果表明多级孔MOFs是一种孔道可调节、可在特定条件下分解的生物相容性材料,用于固定化酶和负载医药分子均表现出良好性能。最后讨论了多级孔MOFs材料制备和应用目前存在的问题与挑战,展望了多级孔MOFs材料作为一类新型功能化多孔材料的应用前景。     

UiO-66复合材料用于典型有机污染物吸附和光催化氧化的研究进展

UiO-66系列金属有机骨架（MOFs）材料因具有较高的比表面积、丰富的孔结构、优异的结构稳定性和类半导体特性而广泛应用于污染物的吸附和催化领域。文中指出：液相有机污染物主要通过物理吸附、静电、氢键、π-π相互作用被UiO-66基材料吸附去除,同时由于电性等性质差异,UiO-66基材料可从性质差异显著的多种有机污染物中选择性吸附污染物,而气相有机污染物主要通过氢键或UiO-66基材料孔道被吸附去除,同时环境中的水汽对污染物的吸附去除具有显著影响;针对光催化,由于载流子的快速复合,纯UiO-66基材料具有较低的光催化活性,通过与半导体材料复合可显著提高材料载流子分离速率,同时活性位点高度均匀分散在UiO-66基材料表面,利于光的激发及污染物与活性位点的充分接触,进而显著提高材料的光催化活性。与此同时,本文也提出了UiO-66基材料在有机污染物吸附和去除中的不足之处。最后展望了UiO-66基材料的发展前景。     

氨基酸金属有机框架的研究进展

氨基酸金属有机框架是指含有氨基酸单元的有机配体与金属离子共同参与合成的具有周期性结构的材料。氨基酸作为蛋白质的组成成分,具有绿色环保、生物相容性良好、种类多样、价格低廉等优点,将其引入金属有机框架（MOFs）可以赋予材料特殊的柔性结构、丰富的活性位点、优良的应用性能等特征。该文综述了氨基酸MOFs的结构维度分类,介绍了氨基酸MOFs的主要合成方式,包括溶剂热法、机械化学合成法、微波加热辅助法,进一步阐述了材料的性能调控,重点介绍了这类材料在手性拆分、催化、吸附等领域的应用。最后,通过分析当前氨基酸金属有机框架材料存在的稳定性不好、结构难以预测等问题,对其未来在生物医药领域的研究重点进行了展望。     

A universal strategy for efficient synthesis of Zr-based MOF nanoparticles for enhanced water adsorption

Zr-based metal-organic framework (Zr-MOF) nanoparticles (NPs) have attracted extensive research thanks to their outstanding thermal and chemical stability, but their efficient synthesis is still challenging. Here, high-quality Zr-MOF NPs with tunable and uniform particle sizes can be successfully fabricated within 30 min by high-gravity technology with high yields. Significantly, the rapidly milder preparation of UiO-66 NPs can also be achieved at 90 or 70°C. This strategy has been extended to the synthesis of other Zr-MOF NPs. Furthermore, the water vapor adsorption properties of obtained UiO-66 NPs display a size-dependent effect. The 70 nm UiO-66 NPs have the highest adsorption capacity of 625 mg g⁻¹ among unmodified UiO-66 reported so far, and manifest 2.0–2.8 times faster water adsorption rate than the micron ones. This study provides a feasible method for the efficient and mild preparation of MOFs nanoparticles, which may promote the synthesis and applications of nano-sized MOFs.     

Metal-organic framework UiO-66 membranes

Metal-organic frameworks (MOFs) have emerged as a class of promising membrane materials. UiO-66 is a prototypical and stable MOF material with a number of analogues. In this article, we review five approaches for fabricating UiO-66 polycrystalline membranes including in situ synthesis, secondary synthesis, biphase synthesis, gas-phase deposition and electrochemical deposition, as well as their applications in gas separation, pervaporation, nanofiltration and ion separation. On this basis, we propose possible methods for scalable synthesis of UiO-66 membranes and their potential separation applications in the future.     

UiO-66基催化剂的制备及其在CO甲烷化中的应用

煤制天然气技术具有良好的经济和环境效益,其中CO甲烷化是煤制天然气过程的重要环节之一。本研究以UiO-66材料为载体制备了一系列具有不同Ni负载量的Ni/UiO-66催化剂,采用XRD, BET, TG, SEM, TEM, XPS等表征方法对载体和催化剂的物相结构、织构性质、热稳定性和元素分布情况进行考察,并对各催化剂上CO加氢性能进行了考察。研究结果表明,Ni金属高度分散于UiO-66载体上,且对金属有机骨架材料的物相结构和晶体形貌无显著影响。在CO甲烷化反应过程中,随Ni负载量逐渐增加,各Ni/UiO-66催化剂的起活温度逐渐降低;在相同反应温度(320℃)下,不同催化剂上Ni负载量由10%增加到30%,其CO转化率由10.7%提升到89.7%;当Ni含量为20%时,催化剂在反应过程中具有良好的稳定性。同时,Ni基催化剂上CO转化率远高于具有相同金属负载量的Fe基和Co基催化剂,表明Ni作为活性金属在合成气制甲烷反应过程中具有优异的催化性能。     

Moisture stability of ethane-selective Ni(II), Fe(III), Zr(IV)-based metal–organic frameworks

Metal–organic frameworks (MOFs) combined with selective adsorption capacity of ethane over ethylene and good moisture stability are highly urged by adsorption industrial community. Here, the moisture stability mechanism of Zr-bptc, UiO-66, PCN-245, and Ni(bdc)(ted)_0.5 were investigated by moisture stability experiments, and computational simulation of metal node-linker breaking energy caused by water. Results show that the moisture stability follows the order of Zr-bptc > UiO-66 > PCN-245 > Ni(bdc)(ted)_0.5. The different moisture stability for these MOFs is likely attributed to the bond strength between metal center and ligands, the coordination number of metal center, the hydrophobicity of framework, as well as the degree of interpenetrated framework. Additionally, comparing with ethylene-selective MOFs, ethane-selective MOFs have fewer coordinatively unsaturated metal sites. Breakthrough experiments indicated that Zr-bptc is the promising material for ethane/ethylene separation.     

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。     

缺陷UiO-66对水中塑化剂的吸附

金属有机骨架材料（metal-organic frameworks,MOFs）是一种具有骨架结构的新型多孔材料。本研究合成了金属有机框架化合物UiO-66和有缺陷的UiO-66（UiO-66-1）,并研究了其作为吸附剂吸附塑化剂邻苯二甲酸二甲酯（DMP）的性能及其吸附动力学,最后通过拟合吸附等温线和吸附动力学模型拟合了吸附剂的最大吸附量和最快吸附时间。实验结果表明,UiO-66-1对DMP有更好的吸附性能,在5~10min内快速达到吸附平衡,pH在3~10吸附率仍可保持稳定;分析测试结果表明,引入缺陷的UiO-66-1的比表面积比UiO-66大,达到了1438m²/g,孔容为0.58cm³/g,晶体的尺寸也明显增大,吸附量增大了近一倍,最大吸附量可达到404mg/g,且循环利用率高;通过吸附等温线模型和吸附动力学模型的拟合研究表明,UiO-66-1的吸附过程比较符合Langmuir模型和拟二级动力学模型。