【材料】罕見的高穩定性磺酸基MOF應用於CO2的捕獲與轉化

2021-03-01 X-MOL資訊

‍‍‍

金屬-有機框架（Metal-Organic Frameworks，MOFs）因其可功能化的孔道在氣體分離與儲存和催化領域受到廣泛關注。經典羧酸類MOFs中金屬-羧酸基的配位模式往往使最終的多孔材料具有非極性孔道的特徵。為避免這一短板，當前許多研究從配體的修飾著手，通常需要較為複雜的合成手段，局限於一小部分穩定性較高的官能團，且會顯著降低孔隙率。

近日，同濟大學費泓涵課題組另闢蹊徑，選用常被忽視的磺酸類配體，採用1,2-乙烷二磺酸和4,4』-聯吡啶構築高穩定性的三維多孔金屬-有機框架材料TMOF-1。TMOF-1具有MOF材料中典型的簡單立方拓撲結構，且有出色的穩定性，不僅可在pH範圍3到10的水溶液中保持穩定，而且可在沸騰的強極性溶劑如甲醇中輕鬆保持24小時無損。


值得一提的是TMOF-1擁有穩定的永久孔道，這在磺酸類MOFs中是較為罕見的。單齒配位的磺酸基團中兩個未配位氧原子仍集中了一定的負電荷，這些強極性基團直接暴露在孔道表面，大幅提升了材料對二氧化碳客體分子的吸附力。在室溫、一個大氣壓和0℃、一個大氣壓條件下，材料對二氧化碳吸附量分別為62.0 mg/g和98.6 mg/g，與和TMOF-1具有相同的金屬中心、吡啶配體和穿插結構但由對苯二甲酸參與構築的MOF-508b(Cu)相比，吸附量分別提升了180%和160%。作者對二氧化碳在材料中的吸附位做了理論計算，結果表明二氧化碳最適吸附位處於四個磺酸基團中央，每個單胞可捕獲4個二氧化碳分子。在室溫、一個大氣壓下，實測二氧化碳吸附量達到理論最大值的80%，這證實了磺酸基團對二氧化碳分子的強作用力。


基於TMOF-1的高二氧化碳儲存性能，作者進一步將材料應用於催化二氧化碳與環氧乙烷衍生物的環加成反應。結果表明TMOF-1具有較高催化活性，對於小分子底物環氧丙烷、環氧丁烷等，四小時反應產率接近100%；隨著底物分子尺寸增大，反應產率逐漸降低，這體現了MOFs材料孔道對底物分子尺寸的選擇性。

綜上所述，TMOF-1開拓三維多孔磺酸基MOFs材料的合成手段，克服了傳統經典羧酸類MOFs材料孔道極性低和穩定性差的缺點，且同時實現了二氧化碳的捕獲與催化轉化。考慮到MOFs材料在很多潛在應用領域的發展，該項成果不僅是對當前磺酸類配體配位模式與磺酸基 MOFs構築規律的理論空白的重要填充，更具有重要的現實意義。

該論文作者為：Guiyang Zhang, Guangfeng Wei, Zhipan Liu, Scott R. J.Oliver, Honghan Fei

原文（掃描或長按二維碼，識別後直達原文頁面）：


A Robust Sulfonate-Based Metal–Organic Framework with Permanent Porosity for Efficient CO2 Capture and Conversion

Chem. Mater., 2016, 28, 6276-6281, DOI: 10.1021/acs.chemmater.6b02511

導師介紹

費泓涵教授

http://www.x-mol.com/university/faculty/35075

相關焦點

  • 可捕獲和轉化CO2...
    可捕獲和轉化CO2 未來生物技術應用廣泛  Evelyn Zhang • 2020-05-12 09:00:09　來源：前瞻網
  • 湖南科大在高性能CO₂氣體吸附和催化轉化MOF材料研究獲進展
    金屬有機框架材料（Metal-Organic Frameworks，MOFs）由於具有極高的比表面積和孔體積，且其孔結構和表面性質均可設計和修飾，在溫室氣體CO2的捕獲存儲分離、高附加值催化轉化等方面具有誘人的廣泛應用前景。使材料兼具高孔隙率、優良穩定性和理想框架-CO2分子相互作用，是設計合成新型高性能CO2吸附與催化轉化MOF材料的一個有效策略。
  • 我國首次將新型鎳基單原子催化劑應用於生物質轉化反應
    央廣網大連6月6日消息（記者張四清 賈鐵生 通訊員劉文剛）生物質作為一種可再生碳資源，將其轉化為多元醇、芳烴、烷烴等高附加值化學品具有重要意義。鎳基催化劑在生物質的加氫、加氫裂解和加氫脫氧等反應中已被證明具有高催化活性。
  • 新型微小的可組裝捕集器可捕獲全氟辛烷磺酸(PFAS)
    這種捕集器由鐵基和有機材料製成，它們像樂高積木一樣連接在一起，形成一個四面體籠子。實驗表明，這些結構會與某些PFAS（全氟和多氟烷基物質的簡稱）結合，實驗室的分析揭示了這種情況是如何發生的。研究人員說，事實證明，PFAS會強烈地粘附在籠子的外面，而不是在籠子內部被抓到。
  • 《自然》：基於MOF材料人工光合作用讓CO2變廢為寶
    該項工作通過以高分辨電子顯微鏡為代表的多種先進手段對具有優異光催化性能的TiO2-in-MOF材料進行了精準結構表徵，揭示了其在二氧化碳光還原反應中優異催化作用的機理。，然而催化劑的效率和穩定性一直是限制其得以廣泛應用的主要因素。
  • 合肥物質研究院製備出一種穩定性高、可高效去除水中重金屬的材料
    近期，中科院合肥研究院固體所納米材料與器件技術研究部環境與能源納米材料中心團隊採用兩步溶劑熱合成法，製備了一種極高穩定性的1T相MoS2材料（1T-MoS2），其1T相在空氣中可以穩定長達一年時間，在水環境中也能維持穩定的寬間距結構，保證了離子快速傳輸，展現出高效的Cr(VI)
  • 磺酸鹽類藥物和磺酸酯類基因毒簡析
    作者：強森近年來，藥審部門對於基因毒物質的審查越來越嚴，要求越來越高！基因毒物質有無檢出？潛在風險多大？研究到什麼程度？已經直接關係到項目的生死。但，筆者認為，基因毒問題的「高標準、嚴要求」，對於藥物開發來說，決不可因噎廢食！
  • co2雷射器的發展趨勢
    CO2雷射器是目前連續輸出功率較高的一種雷射器，它發展較早，商業產品較為成熟，被廣泛應用到材料加工、醫療使用、軍事武器、環境量測等各個領域。與已有技術相比具有結構緊湊、安裝調試和維修方便、雷射器的工作效率高，整機的體積可以小型化的特點。它主要應用於金剛石工具、汽車齒輪、汽車安全氣囊氣體發生器等焊接中的應用，雷射表面淬火與熔覆工藝及其在鋼鐵軋輥表面熔凝淬火、石油化工零件表面修復等方面的特殊應用。
  • 中科大江海龍教授Angew：MOF基單原子催化劑助力低濃度CO2電還原
    我們基於一種卟啉基的多變量MOF，MOF的卟啉配體中心金屬種類可以任意調變而不影響MOF的拓撲結構和形貌，進一步藉助MOF和它的衍生材料結構上的繼承關係，可以嚴格控制MOF衍生不同單原子材料的理化性質，從而為對比不同金屬中心的催化活性提供了良好的模型體系。除了活性位點的識別，CO2利用的另一個關鍵問題是高能耗的CO2捕獲和淨化過程。
  • 福建物構所導電MOF實現高效CO2電化學甲烷化
    近年來，利用電化學還原的方法，將CO2分子轉化為各種高附加值產物（比如CO, CH4, C2H4, C2H5OH等）得到越來越多研究者的關注。在CO2電還原的產物中，甲烷（CH4）是天然氣的主要成分和重要的工業原料，還可以作為燃料電池的原料，具有重要的實用價值。
  • 合肥工業大學研發出高通量高截留高穩定的g-C3N4基二維納濾膜
    未來網高校頻道10月14日訊(記者 楊子健 通訊員 張金鋒）近日，合肥工業大學化學與化工學院冉瑾副研究員課題組和中國科學技術大學徐銅文教授科研團隊合作研發出一種高通量、高截留、高穩定的g-C3N4基二維納濾膜。
  • 「分子隔間」MOF材料對CO2光催化還原AQE躍升11.3%
    然而，使用MOF材料或是基於MOF材料的複合材料進行CO2的光還原，轉化效率遠遠低於目前最先進的固態或分子催化劑。在研究中作者以鉻基MOF材料（chromium terephthalate-based MOF, MIL-101
  • MOF材料綠色合成有新途徑
    據薛春峰介紹，在該合成體系中，氫氧化鈉能夠很好地捕獲並固定從反應體系內揮發出來的副產物，增強了整個反應過程動力，從而獲得更高產率。氫氧化鈉與副產物接觸後生成的產物易提純回收，為資源的回收和利用提供了可持續技術，減少了對環境造成的二次汙染。
  • 唐智勇：CO2轉化可以這麼做！炔烴與二氧化碳高效轉化生產炔酸
    溫室效應與可持續發展二氧化碳排放是目前全球關注的焦點問題，將二氧化碳作為C1資源轉化為高附加值化學品不僅能夠有效緩解環境問題，還能帶來巨大經濟效益。端炔與CO2的羧化反應是製備不飽和羧酸的重要反應途徑。
  • Matter：首次揭示鉭基納米簇在鋰硫電池中對多硫化物催化轉化機理
    獨特的材料結構設計抑制Ta2O5-x的成核過程，實現對其結晶度的調節，並控制其納米尺寸（1.2 nm）。氧缺陷的構建暴露了豐富的多硫化物催化轉化和固定的活性位點。該電極材料在與實際應用相關的高硫載量和低電解液用量下，實現了高的倍率和長循環穩定性能。
  • 一種用於高效C2H2/CO2分離的MOF基超強乙炔納米阱
    一種用於高效C2H2/CO2分離的MOF基超強乙炔納米阱 作者：小柯機器人 發布時間：2021/1/9 22:01:27 美國北德克薩斯州大學Shengqian Ma團隊開發了一種用於高效C2H2/CO2分離的MOF基超強乙炔納米阱
  • 磺酸鹽型自消光水性聚氨酯的研究進展
    磺酸鹽型水性聚氨酯與羧酸型水性聚氨酯相比具有乳液穩定性高、無需中和劑、氣味小、結晶度高、結晶速度快、初粘強度高的特點。在製備自消光WPU時磺酸擴鏈劑與羧酸擴鏈劑共用,兩者總用量較小,使乳液粒徑達到微米級的同時具有良好的穩定性。
  • 林芝十二烷基苯磺酸三乙醇胺鹽價格價格美麗
    林芝十二烷基苯磺酸三乙醇胺鹽價格價格美麗選【濟南威爾克化工】，專業生產銷售十二烷基苯磺酸三乙醇胺鹽價格的企業！本發明製備的樹脂塗料與傳統的塗料相比，採用了醇酸樹脂組分中，可再生原材料佔60%~70%，在保證對環境友好的前提下，製備得到高硬度、高絕緣性能的塗層。
  • 微納米尺度MOF基室溫磷光材料開發成功
    日前，洛陽師範學院化學化工學院楊曉剛與合作者一起，開發了一種具有微納米尺度、顏色可調的金屬-有機框架（MOF）基室溫磷光材料，在非貴金屬室溫磷光方面取得突破
  • 技術| 水泥工業幾種CO2捕獲工藝介紹
    CO2捕獲和儲存（CCS）可以顯著地減少水泥工業CO2排放，其被認為是水泥工業進一步全面碳減排的重大舉措，已經被歐洲列為《2050歐洲低碳發展技術路線圖》，我國發改委也將其作為我國節能減排大力扶持的措施之一。目前最成熟的CO2捕獲技術是MEA化學吸收法，我國安徽蕪湖白馬山水泥廠5 000 t/d生產線15萬t/年 CO2捕獲生產線便採用此工藝。然而，這種技術可能不一定是最佳選擇。