二维共价有机框架材料光催化和电催化研究进展

二维共价有机框架(2D COFs)具有高比表面积、孔隙可调、易于功能化和高度分散的催化活性位点等特点,有利于底物与催化活性位点接触,是理想异相催化剂,被广泛应用于光催化和电催化领域。本文从COFs结构和功能化设计策略出发,介绍2D COFs的合成方法,包括溶剂热合成法、离子热合成法、机械化学合成法、微波合成法、声化学合成法、室温合成法和界面合成法。详细介绍2D COFs催化剂在光催化和电催化领域的研究进展,包括析氢反应、析氧反应、氧还原反应、二氧化碳还原反应和光/电催化有机转化。最后,总结2D COFs在光催化和电催化领域面临的挑战,如有机配体成本高、难以工业化、使用牺牲剂等,并提出将光电有机合成与析氢反应或析氧反应的协同串联反应策略解决使用牺牲剂的问题。     

新型二维材料光催化与电催化研究进展

二维材料以其丰富多样的性能受到广泛关注。该类材料具有极高的比表面积,可以作为光催化剂和电催化剂,在环境领域和可再生能源领域具有较大的开发和应用前景。本文综述了三种新型二维材料的结构性能,即二维过渡金属碳/氮化物(MXenes)、类石墨相氮化碳(g-C₃N₄)以及黑磷(BP)在光催化或电催化领域的研究进展及改性方式;对二维材料催化性能的改性进行了总结,并展望了今后的研究方向。     

金属有机框架材料在光催化与电催化中的应用

金属有机框架材料(MOFs)是一类由金属离子和有机配体通过配位形成的高度有序的晶体聚合物,具有多变的拓扑结构及独特的物理化学性质。因其具备高的比表面积、可调整的孔径、高密度活性位点和高催化活性等优点日益受到人们的关注。近十几年来,众多科研工作者尝试将MOFs材料用于光催化反应与电催化反应,并取得了一系列科研成果。以近年来基于MOFs材料的催化反应类型为分类依据,对其在光催化与电催化中的应用研究进行综述,并对其未来发展进行展望。     

卟啉基共价有机框架材料的电化学应用探究

共价有机框架材料(COFs)是一类新型的结晶多孔聚合物,具有孔隙高、活性位点丰富、框架结构可调等特点,广泛应用于催化、储能、气体吸附及光电子等领域。其中卟啉基COFs因具有独特的共轭π电子结构,可促进激发态电子的传输,因此在电催化领域有重要的应用。主要介绍了卟啉基COFs的合成策略及其在析氢反应(HER)、析氧反应(OER)、氧还原反应(ORR)和超级电容器的应用,并结合目前研究中存在的问题,提出了卟啉基COFs今后在电催化及储能领域的挑战和发展方向。     

手性共价有机框架的合成及应用研究进展

共价有机框架(COFs)是由多齿有机单元通过共价键连接而成的一类新兴的多孔晶体材料。由于COFs材料具有较大的比表面积、较好的结构和化学稳定性等特征,在许多领域表现出优异的应用前景。随着手性科学的不断发展,手性COFs材料应运而生,其结构类型的设计、开发及应用备受研究者们关注。鉴于此,介绍了近年来手性COFs材料的合成策略和合成方法的研究进展,包括后修饰策略、自下而上策略和手性诱导策略,以及基于不同策略设计得到的手性COFs材料结构的类型。此外,简要介绍了手性COFs材料在手性拆分、不对称催化与色谱分析等领域的应用。     

共价有机框架材料的合成及其在酶固定化中的应用进展

酶是一类具备优异催化活性和高区域选择性的天然催化剂,在工业催化领域具有广阔的应用前景。然而,酶促转化的应用受到酶在恶劣条件下的脆弱性的阻碍。幸运的是,固定化已被证明是改善酶不稳定性一种有前途的方法。由于物理化学特性可调,高结晶度,大比表面积、优越的吸附能力、可预先设计的结构和出色的稳定性等特性,共价有机框架(COFs)被认为是固定化酶的理想载体材料。与其他传统载体材料相比,COFs的高度多孔性使其具有更高的酶载量,表现出更优的催化效果。酶是通过物理吸附、直接共价连接或通过交联剂,实现与COFs的结合。首先介绍了COFs的合成方法与功能化,然后系统总结了COFs固定化酶的策略与最新研究进展,最后初步讨论了COFs在固定化酶领域面临的挑战与机遇。     

疏水型共价有机框架的合成及应用研究进展

共价有机框架(COFs)是一种新兴的晶体多孔聚合物,因其组成多样化、孔径可调、高稳定性等优点已在很多领域表现出优异的应用前景。随着疏水材料的不断发展,疏水型COFs材料备受关注,其结构类型的设计、开发及应用研究已有相关报道。鉴于此,从C(主要包括含氟类、长链烷烃类及其他芳香烃类疏水型COFs材料)及合成策略方面综述了近年来疏水型共价有机框架相关研究进展。此外,简要介绍了疏水型COFs材料在油水分离、固相微萃取与吸附领域的应用。     

钛基金属有机框架光催化性能研究进展

钛基金属有机框架(Ti-MOFs)因其优异的热稳定性、化学稳定性、光催化活性及独特的晶体结构而在催化领域受到广泛的研究。由于Ti-MOF的合成困难,其优势难以得到展现,从而在应用方面受到限制。介绍了具有代表性的Ti-MOF的结构、合成方法,并详细讨论了Ti-MOFs在光催化分解水产氢、CO₂还原、降解有机污染物及固氮等方面的应用,最后对应用方面固氮的机理进行了简单介绍。     

用于可充电金属离子电池的共价有机框架电极材料综述

共价有机框架具有强健的骨架、丰富的电化学活性位点、便于金属离子传输的可控孔道以及利于优化电化学性能的可调控的分子结构,因此是理想的下一代可充电金属离子电池电极材料.此外,共价有机框架电极材料没有传统无机电极材料价格昂贵及含有毒金属的问题,也不存在有机小分子循环稳定性差的问题,在下一代可充电金属离子电池中具有巨大的应用潜...     

金属有机框架材料的可控合成概述

金属有机框架(MOFs)是一种重要的多孔无机-有机杂化材料,具有优异的物理化学特性。由于MOFs材料的合成受多种复杂因素的影响,从而导致不能有效控制MOFs材料的性质(如组成、形态和表面积),因此MOFs材料的可控合成对其应用具有重要意义。介绍了影响MOFs材料合成的主要因素,如金属离子、有机配体、反应体系的条件等。     

聚酰亚胺类共价有机骨架多孔材料的研究进展

聚酰亚胺类共价有机骨架与常规的多孔材料相比,具有较高的机械强度,良好的化学和物理稳定性以及合成的多样性以及孔尺寸的可控性,能够广泛应用于非均相催化,分离和气体储存等领域,因而有望成为一种新型的具有发展潜力的多孔材料。从聚酰亚胺类共价有机骨架中多孔材料的合成、性能等方面对近年来国内外的研究状况进行了详细的阐述,并在此基础上对该方向的前景进行了展望。     

金属有机框架材料用于光催化CO2还原的研究进展

CO₂光催化还原转化为有价值的碳氢燃料和化工原料是达成“碳中和”目标的重要途径。金属有机框架材料(MOFs)是一种由有机配位体和金属离子或团簇通过配位键形成的有机-无机杂化材料,具有超高的比表面积、可调的孔结构,并易于功能化修饰,在CO₂光催化还原反应中展现出良好的应用前景。总结了基于MOFs的新型功能材料绿色光催化CO₂还原的最新研究进展,探讨了改性及功能化MOFs材料及MOFs衍生物的光催化CO₂还原反应机理,并从理化特性上分析了材料性能优势的成因。总结了提高光催化还原CO₂反应的活性和选择性的策略。在此基础上,对这类新型催化剂面临的主要问题和未来发展进行了总结与展望。     

金属有机框架材料在光催化制氢领域的应用

太阳能光催化分解水是实现绿色、高效生产可持续能源氢气的重要途径之一,而光催化剂的设计和开发在这一过程中起着关键作用。常用的传统半导体光催化剂目前面临的主要挑战包括阳光利用率不足、载流子易复合、活性位点暴露不足等问题,因此,开发新型、高效光催化剂的研究显得尤为重要。具有类半导体行为的金属有机框架(metal-organic frameworks, MOFs)材料,由于其超高的比表面积、孔隙率及高规整度,近年来在光催化产氢领域受到越来越广泛的关注。介绍了MOFs材料的结构特点及在光催化制氢领域中应用的独特优势,基于光催化机理从改善光吸收、促进电荷分离和加速表面反应几个方面,总结了提高MOF基光催化剂活性的策略,并对其应用前景进行了展望。     

金属有机框架材料在光催化还原CO2中的应用

人类依靠化石燃料来加速现代社会的发展,但化石燃料的过度消耗引发了一系列问题,如严峻的能源危机和环境恶化.例如化石燃料的大量使用导致大气中二氧化碳的含量逐年增加,成为全球温室效应的主要原因.在众多CO2减排的技术中,光催化还原CO2技术不仅可以减少大气中的CO2含量,而且还能通过太阳能将CO2光催化转化为有价值的化学物质,被认为是最有发展前景的技术之一.金属有机框架材料(Metal-organic frameworks,MOFs),也称为多孔配位聚合物,是具有周期性网状结构的三维多孔材料,由无机金属离子(或金属簇)和有机配体组成.MOFs具有大的比表面积、可调节的结构、丰富的催化活性位点、独特的电子能带结构,这些优点使其在光催化还原CO2反应中受到越来越多科研工作者的青睐,应用前景令人看好.目前,用于光催化还原CO2的MOFs材料主要包括单一MOFs光催化剂与基于MOFs的复合光催化剂两类.文章列举了具体实例来说明MOF基光催化材料在还原二氧化碳中的优势和独特性以及提高光催化活性的改进方法.本文归纳了近年来MOF基光催化剂在光催化还原CO2方面的研究进展,讨论了提高MOF基光催化剂(MOFs功能化、半导体/MOFs、光敏剂/MOFs、贵金属/MOFs)用于CO2还原性能的合理方法,探讨了基于MOFs的光催化剂用于CO2还原的挑战和展望.     

二维纳米材料MXenes及其复合物在电催化领域中的应用研究进展

MXenes作为一种新兴的二维层状过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化合物, 近年来被广泛应用于物理、化学、材料科学和纳米技术领域当中。MXenes制备过程中会不可避免地出现缺陷和—O, —OH, —F官能团, 同时具备高的电导率和大的比表面积, 使得MXenes具有良好的电子转移速率, 可作为一种优良的电化学催化剂。本文综述了MXenes在电催化领域的研究进展, 介绍了MXenes多种合成方法、不同掺杂类型的发展现状, 重点讨论了其在电催化产氢、产氧、氧气还原、CO₂还原以及氮气还原过程中的应用及机理研究, 并指出目前MXenes制备方法应朝着环境友好、形貌可控、难以氧化和高的可调节性方向发展, 以便应用于不同的电催化反应中。     

共价有机骨架化合物(COFs)储氢材料研究进展

简要介绍了二维和三维COFs的结构,重点介绍了COFs作为储氢材料的研究现状和提高其储氢性能的改性方法,并对COFs在储氢方面存在的不足和未来的研究方向作出了总结与展望。     

基于金属有机框架材料构建多相催化剂的研究进展

利用多相催化剂高效催化化学反应在能源化工、环境保护和可持续发展等方面具有重要的意义。基于金属有机框架复合材料(metal-organic frameworks, MOFs)的大比表面积、分散的活性中心和极高的孔隙率且孔结构可调等独特的结构特点,MOFs及其衍生物已被广泛应用于多相催化领域。按照MOFs催化剂活性位点的来源不同,从以下几个方面综述了近年来MOFs在多相催化领域的研究进展：MOFs本身无催化作用,仅仅作为催化剂载体起到携带催化剂和阻止催化剂团聚的作用;在MOFs上修饰官能团后,得到的衍生材料具有催化作用;MOFs自身具有不饱和的活性金属节点,促进反应进行。最后,展望了MOFs在多相催化领域的发展方向和应用前景。希望本篇综述能够帮助研究者更进一步了解MOFs及其衍生材料在构建多相催化剂方面的研究进展,为推动MOFs材料在多相催化方面的应用提供有意义的参考资料。     

新型二氧化钛基光催化材料的研究进展EI北大核心CSCD

TiO2以稳定性高、成本低廉等诸多优势在早期光催化研究中备受青睐。然而,TiO2光催化剂的可见光响应程度低、量子效率低等问题,使得光催化领域对TiO2提出了更高的要求。本文围绕着二氧化钛基光催化材料,从晶面调控,表面等离子体共振及石墨烯复合三个方面入手,总结了在设计和合成光催化剂方面取得的创新性研究成果,最后基于结构设计、合成工艺优化以及新材料探索的角度对新型二氧化钛基光催化材料提出展望。     

用于水体中有机污染物电催化降解的非贵金属氧化物阳极的研究进展EI北大核心CSCD

电催化氧化降解有机污染物是一种行之有效的水处理方法,高性能阳极材料是实现其功效的关键.利用在钛基体上涂覆铅系、锡系、锰系等非贵金属氧化物可方便制备出涂层阳极,同时可借助多样化的表面涂覆与改性技术来开发稳定性与催化活性均优异的阳极,极具发展前景.从基材加工、中间层结构优化及表面改性角度综述了非贵金属氧化物阳极稳定性优化技术手段;并从表面增效、作用区域扩大角度对其催化活性提升方法进行归纳,述评了涂层阳极改性机制;最后指出了非贵金属氧化物涂层阳极发展中进一步努力的方向,以期推动电催化氧化阳极发展及其在水处理中的应用.