金属有机骨架材料固定化酶的研究进展

金属有机骨架材料(MOFs)凭借其较高的比表面积和孔体积、可设计和调控的孔径及结构,以及化学和热稳定性等特点,克服了传统固定化酶载体的孔径尺寸不可控、制备成本高、酶浸出、产物稳定性差等不足,近年来成为一类新型酶固定化载体.首先,本文分类总结了MOFs固定化酶的合成策略,包括后合成包装和从头合成封装(仿生矿化、共沉淀和机械化学封装);然后进一步介绍了多级孔MOFs的孔道设计策略及其固定化酶体系.这种具备分级孔道结构的MOFs用于固定化酶既可以保证酶的较高负载率,又能提高酶催化底物的扩散速率;此外,本文还介绍了MOFs共固定化多酶体系及具有类酶特性的仿生MOFs固定化酶方面的研究.MOFs特有的孔道结构可以大大缩短酶与底物之间的扩散距离,同时充分利用了酶级联反应的中间产物,可以显著提高酶催化活性;文章最后总结了MOFs固定化酶复合材料在生物传感和污染物催化净化领域的主要应用,提出了MOFs固定化酶研究中的一些瓶颈问题,以期为该材料的进一步研究和未来产业化提供借鉴和参考.     

金属有机骨架材料合成方法对氮氧化物吸附性能的影响

金属有机骨架材料(Metal-organic frameworks,MOFs)因具有高的比表面积和孔隙率,使得其拥有良好的气体吸附性能.与传统的NOx吸附材料相比,MOFs材料拥有超高的比表面积和孔隙率,结构丰富多样且具有周期性,良好的热稳定性和化学稳定性.国内外学者采用不同的合成方法合成MOFs材料,以达到对NOx高效吸附的目的.MOFs材料的合成方法主要有水热法、溶剂热法、超声波合成法和微波合成法.水热法操作步骤简单,合成的晶体质量高,但是晶粒较大,孔体积小;溶剂热法和水热法原理相同,通过加入不同官能团的有机溶剂,合成的材料结构更为丰富,比表面积和孔容更大,对NOx的吸附效果比水热法好,也是使用最广泛的方法;超声波合成法合成的MOFs材料粒径较小且尺寸均一,比表面积和孔容较大,对NOx的吸附效果好,但是成本较高;微波合成法可加快反应速率,形成更小的晶粒,比表面积和孔容较大,对NOx的吸附量很高,但是同样也具有经济成本高的劣势.为此,本文对MOFs材料的合成方法、改性技术进行了总结,同时分析了不同方法合成的MOFs对氮氧化吸附效果的影响,并对MOFs材料吸附氮氧化物的发展趋势作了展望.     

金属有机骨架材料在气体吸附与分离中的应用研究进展

金属有机骨架材料(MOFs)因具有超高比表面积、较大的孔隙率、多样化且可调的孔道结构及相对温和的制备条件等优势,目前已成为化学和材料等学科的研究热点之一。概述了MOFs材料的制备方法及其用于气体(含碳、含氮及含硫)吸附与分离方面的研究进展,并对其在该方面今后的发展趋势和应用前景进行了展望。     

金属有机骨架和共价有机骨架及其衍生物用于超级电容器电极材料的研究进展

金属有机骨架(MOFs)和共价有机骨架(COFs)是一系列结晶多孔材料.由于其高度有序的结构、高的表面积、可调的孔径和拓扑结构、富含氧化还原活性位点的连续骨架,MOFs和COFs及其衍生物在储能领域引起了广泛关注.为了制造高性能超级电容器电极,MOFs和COFs及其衍生物具有结构稳定性好、氧化还原活性位点丰富和电子导电...     

金属有机骨架材料CuBDC的溶剂辅助重建

提出了一种简单而有效的重建被甲醇降解的对苯二甲酸铜(CuBDC)金属有机骨架材料的方法,只需溶剂辅助一步可实现CuBDC的重建。将CuBDC浸泡在甲醇溶液中使其降解,再用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)重建,重建CuBDC孔隙率达到新制的94%,通过CO₂和环氧化合物的环加成反应评价重建CuBDC的催化性能,重建CuBDC的转化率和产率分别达到新制的97.8%和97.6%,实现了高度重建的目标,并具有良好的循环使用性能。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、静态氮气吸附仪、热失重分析仪和傅里叶红外变换光谱仪等仪器表征,探讨了CuBDC降解-重建的机理。     

金属有机骨架材料在光催化反应中的应用研究进展

环境问题和能源危机的是当今人类社会面临的两大重要问题。光催化技术被认为是解决环境问题和能源危机的有效途径之一。光催化技术利用的关键就是光催化材料的开发。金属有机骨架材料(Metal-organic frameworks,MOFs)是由金属或金属簇与有机配体构筑的一类具有周期性网络结构的新型多孔晶体材料,具有比表面积大、孔道结构规整、孔尺寸可调、催化活性位丰富等优点,被广泛应用于气体存储、气体分离、多相催化、半导体、仿生矿化等多个领域。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,并取得了许多优秀的科研成果。尤其是近几年,MOFs在光催化领域的应用受到了越来越多科研工作者的关注。主要综述了近几年MOFs作为光催化剂在催化产氢、CO_2还原、烷基化反应、有机物氧化、有机还原、交叉脱氢偶联反应和去除环境污染物等方面的应用研究进展,并对未来MOFs光催化材料的发展提出了建议。     

绿色电化学法合成金属有机骨架材料的研究现状

金属有机骨架(Metal-organic frameworks,MOFs)材料是一种由金属离子和有机配体通过配位键组装的无机-有机杂化配合物,在气体分离与储存、吸附、催化、载药以及荧光检测等方面都有广泛应用。在诸多合成MOFs材料的方法中,绿色电化学合成法因能耗低、反应条件温和以及反应时间短等特点而成为研究的热点,但目前该方法仍有许多关键问题亟待解决。本文总结了绿色电化学合成MOFs材料近10年的研究进展,综述了包括阳极合成、阴极合成、间接合成、电镀置换等在内的多种合成方法,并展望了未来的发展前景。     

MOFs材料合成及其对有机气体吸附研究进展

讨论了金属有机骨架(MOFs)材料的不同合成方法,并结合国内外研究现状分别分析了IRMOFs、MILs、ZIFs和PCN等系列MOFs材料对有机气体吸附的研究进展,比较其性能及分析研究中的难点,对MOFs材料在有机气体吸附领域的应用进行了展望。     

多级孔材料研究进展

多孔材料具有孔隙率高、比表面积大、导热系数低、体积密度小及化学性质稳定等优点,在吸附与分离、催化剂载体、隔热材料、能量储存、传感器等领域拥有广阔的应用前景。基于孔直径的大小可将多孔材料分为三类:孔径大于50nm的大孔材料(Macroporous materials),孔径介于2～50nm的介孔材料(Mesoporous materials)和孔径小于2nm的微孔材料(Microporous materials)。但是,由于孔径的限制,这三类材料的应用均存在一定的局限性。多级孔材料兼具通透性好、孔隙结构发达、体积密度小、比表面积和孔体积大等优点,打破了传统单级孔材料孔结构单一的局限,因此越来越受到研究人员的关注。然而,多级孔材料在制备中仍存在较多问题。例如,其合成过程通常会涉及到两种及两种以上的方法,制备工艺复杂;现有的多级孔材料的制备成本高,孔结构难以控制。因此,研究者们主要从优化多级孔材料的制备工艺以及降低生产成本等方面入手,制备出孔径均一且可控的多级孔材料。多级孔材料主要有大孔-介孔材料(Macro-mesoporous materials)、微孔-介孔材料(Micro-mesoporous materials)以及含有两种或多种不同孔径的介孔-介孔材料(Meso-mesoporous materials)。大孔-介孔材料常见的制备方法有模板法、发泡法、溶胶-凝胶法及熔盐法等;微孔-介孔材料的主要制备方法有化学活化法、模板法和水热法等;介孔-介孔材料的制备方法主要有水热法、模板法、溶胶-凝胶法及自组装法等。本文综述了近年来多级孔材料的最新研究进展,分别对大孔-介孔、微孔-介孔及介孔-介孔材料的制备方法进行了介绍,并简要分析了未来本领域研究的发展趋势。     

金属有机骨架材料及其在降解抗生素中的应用

抗生素作为治疗感染性疾病的药物,使用广泛且用量较大。由于抗生素的大量使用导致其通过直接或间接的途径进入水环境,进而造成水环境污染,对人体健康和生态环境造成危害。因此,基于新材料的吸附和降解技术用于去除水环境中的抗生素具有广泛的应用前景。金属有机骨架(MOFs)是一种新型多孔材料,具有比表面积大、可控性高、可修饰的特点,可选择性、高效地去除水环境中的抗生素。总结了MOFs的合成方式和性质特点,阐述了水环境中抗生素的吸附和催化降解的应用及机理。最后,总结了MOFs材料在水环境中抗生素吸附和催化降解应用中遇到的挑战,并对其应用前景进行了展望。     

含能金属有机骨架材料的研究进展

含能金属有机骨架材料是由富氮杂环含能配体与金属离子通过自组装形成的具有不同维度和结构的新型含能材料.目前含能材料面临能量与稳定性及感度相矛盾的技术瓶颈,含能金属有机骨架材料由于其结构的可设计性成为近十年来领域内研究热点.按骨架材料本身的电性分类,分别介绍了不同电性的含能金属有机骨架材料的研究进展,并从特征离子的角度分析...     

共价有机骨架储氢性能的研究进展

共价有机骨架(COFs)具有良好的热稳定性,大的表面积,高的孔隙率和极低的密度,因而显示出优异的储氢性能。重点介绍了COFs储氢性能的研究进展和目前存在的问题,提出了今后的研究重点和发展方向。     

共价有机骨架材料的合成及应用

共价有机骨架材料(Covalent organic frameworks,COFs)是有机单体通过可逆共价键连接形成的晶型有机多孔材料.自2005年首例COFs报道以来,大量新型COFs应运而生.COFs具有质量轻、密度低、结构规整、孔道结构可调、比表面积大、化学稳定性高的优势,在生命科学、环境保护和能源化工等方向具有巨大的应用潜力.由于功能化的COFs易实现不同物质在其内部的传输,目前研究人员已经成功将大量COFs应用于气体的吸附和分离与存储、催化剂、药物传递、有机电子器件和选择性分离薄膜等领域并取得了丰硕的研究成果.大量研究表明,COFs是高效存储CO2、H2和CH4的多孔材料,并且也可以作为催化剂载体,甚至可以直接作为催化剂用于催化各种化学反应.COFs的水分散度高且不会对细胞产生毒性,对布洛芬、5-氟尿嘧啶和槲皮素等药物表现出高效的负载和释放性能.2D COFs的π阵列型结构孔道高度规整,容易形成良好的载流子传导路径,可作为半导体元器件、超级电容器和质子交换膜等有机电子器件的理想候选材料.由于其高度有序且稳定的纳米孔道结构特性,2D COFs还可作为性能良好的纳滤薄膜,以高效分离溶剂中的染料分子.本文总结了COFs的各种特性并概述了COFs的结构设计、功能化和合成方法,综述了COFs在气体吸附与存储、催化剂、药物传递、有机电子器件和选择性分子筛薄膜领域的应用进展,并对其发展的新趋势进行了展望.     

金属有机骨架材料在放射性核素去除中的研究

核能利用的过程中, 从铀矿开采、核燃料加工、核能发电到乏燃料后处理, 会产生大量放射性废物, 部分放射性核素会不可避免的释放到环境中, 对环境和人类健康造成重大危害。放射性核素的高效去除是核电健康发展的重要关键科学问题之一。近年来, 高化学稳定性、具有大量功能基团而且结构可调的多孔金属有机骨架材料(MOFs)在放射性污染治理方面受到国内外同行的高度关注。本文系统地介绍了MOFs及MOFs复合材料在放射性核素吸附去除方面的研究进展, 通过宏观吸附、模型分析、先进光谱表征和理论计算四个方面描述放射性核素与MOFs材料的界面作用机理, 并对MOFs材料的吸附性能与其它材料进行对比, 评价MOFs材料在放射性污染治理中的应用前景。