MOF材料PPT课件

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应用领域——气体储存
氢 MOF-177 气
突破DOE储氢目标： 7.5wt.%
二 CD-MOF-2 氧
化 碳
CO2
甲 PCN-14 烷
Furukawa, H. et al. J. Materi. Chem., 2007, 17, 3197-3204 Gassensmith, J. J. et al. J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 15312–15315;
引入活性物 合成过程中引入具有催化活性的金属纳米粒子
质
，即将MOF作为一种高比表面积的载体使用
后合成法
先合成MOF材料，再向MOF中引入活性基团 或者活性物质
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应用领域——催化
水氧化和光催化剂
催化剂
TOF（h-1 ）
MOF UiO-67
MOF 1
4.8
MOF 2
1.9
MOF 3
0.4 转化率（%）
超过DOE室温体积CH4 储存目标（180v/v） 28%
11 11 Ma, S. et al. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 1012-1016
应用领域——吸附分离
分离系数： 34.9-40.1 透量： 6.4-8.6 kgh-1m-2
ZIF-8吸附异丁醇过程中的“gate-opening”效应+表面超疏水性
有机配体
20世纪90年代中期，第一代MOFs材料被合成出来 孔径和稳定性受到一定限制
1999年，Yaghi等人合成具有三维开放骨架结构的MOF-5 去除孔道中的客体分子后仍然保持骨架完整
2002年，Yaghi科研组合成IRMOF系列材料 实现MOF材料从微孔到介孔的成功过渡
2008年，Yaghi研究组合成出上百种ZIF系列类分子筛材料
Oxidation, Carbon Dioxide Reduction, and Organic Photocatalysis. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 13445-13454
•2. J. J. Gassensmith , H. Furukawa, R. A. Smaldone et al. Strong and Reversible
Seminar Ⅰ
金 属 - 有 机 骨 架 材 料 （ MOFs ） ——多孔材料家族的新成员
报告人： 王浚英 导 师： 邵志刚 研究员 报告时间：2011-11-11
目
录
一 MOFs材料简介 二 制备方法 三 应用领域 四 小结与展望
五
参考文献
2
MOFs材料简介
金属离子 配位
周期性网状骨架的多孔材料 自组装
3
MOFs材料简介
比表面积大 孔道可调控 可功能化
• 气体储存 • 吸附分离 • 催化 • 光学材料 • 磁性材料 • 药物传输
• ……
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制备方法
5
制备方法——原位溶剂热法
自组装 膜修饰 基底
MOF-5
自组装膜
设备简单 对合成条件敏感 自组装层影响膜性能
Hermes, S. et al. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 13744-13745
催化剂
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应用领域——发光材料 选择合适的配体或金属离子，可使MOFs具有发光性能
生色团
溶剂不同→结构不同→荧光性不同
Bauer, C.A. et al. J. Am. Chem. Soc., 2007, 129, 7136
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应用领域——其他
➢磁性材料 顺磁性、反磁性 ➢传感器 客体影响MOFs光学和磁学性能 ➢药物传输 药物包埋→孔口修饰官能团→在
MOF MOF
5
6
Ar=H 59 86
Ar=Br 62 68
Ir、Re或Ru的复合物
光催化剂 TOF（h-1 ）
Wang, C. et al. J. Am. CheMm.OSoFc-.42011, 133, 134405.-813454
Ar=OCH3 96 97
分子催化与MOF材料相结合 为光催化提供一种新的异相
基底Au
6
制备方法——晶种法
把晶体的成核和生长过程分离开 → 更好地控制晶体的生长和膜的微结构
Liu, Y., et al. J. Membr. Sci. 2011, 379, 46-51.
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制备方法——晶种法 MOF晶种——α-磷锌矿
晶膜制备
晶体合成 功能化
三维表面成膜
选择性催化
α-磷锌矿具有促使MOF-5成核的特殊功能
微波辅助快速晶种法
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制备方法——分层法 分层法图解
➢高度有序、均匀、 平整的MOF膜
➢实现晶体的高度取 向性
➢合成其他方法无法 得到的MOF结构
Shekhah, O. Materials, 2010, 3, 1302–1315
Shekhah, O. et al. Nat. Mater., 2009, 8, 481-484
Binding of Carbon Dioxide in a Green MetalOrganic Framework. J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 15312-15315
Falcaro, P. et al. Nat. Commun., 2011, 2, 237.
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制备方法——微波法
微波 快速结晶
溶剂热 二次生长
节约制备时间 晶体颗粒较小
微波法30s
Yoo, Y. et al. Microporous Mesoporous Mater., 2009, 123, 100-106 Yoo, Y. et al. Chem. Commun., 2008, 21, 2441-2443
→优先透过醇类大分子而阻止水分子的高性能ZIF-8纳米复合膜
Liu, X.-L. et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 1-5
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应用领域——催化
在MOF中构建特殊催化位点的方法
方法
特点
利用骨架自 MOF中的活性金属位或活性结构模块，可直接
身活性位
Байду номын сангаас
作为催化剂使用，但该法易导致骨架坍塌
不同的外界条件下打开或关闭孔口→药物控制 释放
➢ ……
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总结及展望
不同领域的科学家 相互合作
开发MOF的综合性能 功能化材料 MOFS晶体尺寸、形状和取向的可控生长 高质量连续生长、均相无缺陷的MOFs膜
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参考文献
•1. C. Wang, Z. Xie, K. E. deKrafft et al. Doping MetalOrganic Frameworks for Water