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Joule文章集锦——MOFs在能源中应用

1. MOFs基材料在可再生能源和环境方面的应用

金属有机骨架(MOFs)具有高孔隙率,有机-无机杂化性质,合成优势以及固有金属和杂原子等特点。基于MOF的材料,包括原始MOF及其复合材料与衍生物,由于其在结构优化和元件设计方面的卓越性能而成为新兴且发展迅速的研究领域,应用于可再生能源和环境方面。

为此,南洋理工大学楼雄文教授课题组全面概述了MOF基材料在氢气(H2)吸附和演化,二氧化碳的储存和转化,氧气(O2)的催化作用,可充电电池,超级电容器和太阳能电池等方面的应用前景。此外,还讨论了开发MOF基材料相关的优势和挑战。优势:MOFs基材料的构建过程相对简单且可扩展,具有可定制的组成、形态、结构、性质和功能等。挑战:1)MOF基材料的开发应更加简便;2)先进表征工具和理论计算应用于MOF基材料系统研究;3)合成具有优化的金属簇和有机连接基之间配位的MOFs;4)实际应用器件的制造。

Joule文章集锦——MOFs在能源中应用

 

MOFs基材料主要应用的简要示意图

Huabin Zhang, Jianwei Nai, Le Yu, XiongWen(David) Lou, Metal-Organic-Framework-Based Materials as Platforms for Renewable Energy and Environmental Applications, Joule, DOI:10.1016/j.joule.2017.08.008

2. PCN-250金属有机框架致密化对甲烷的吸收

美国德克萨斯A&M大学化学系周宏才教授团队合成由三个Fe(III)八面体通过共享u3-oxo中心形成三聚体簇,进一步与六个四偶氮苯基ABTCs(3,30,5,50偶氮苯四羧酸酯)连接成网络结构的PCN-250金属有机框架材料。并以PCN-250为研究对象,研究单轴机械压力下的结构变化,随后通过溶剂化作用解除压力影响,进一步探索了致密化PCN-250小球对甲烷吸附性能。研究结果表明:

  1. PCN-250衍生物会发生力致相变,在19和150 MPa时,晶体结构会发生不可逆转换。

  2. 在一定机械压力下,具有DMF溶剂填充的PCN-250显示出更高的机械稳定性,特定的溶剂效应可避免相位变换

  3. 溶剂化的PCN-250被塑造成小球,具有很好的机械稳定性和致密化,而且对CH4的体积吸收提高了21%

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Shuai Yuan, Xing Sun, Jiandong Pang, Christina Lollar, Jun-Sheng Qin, Zac Perry, Elizabeth Joseph, Xuan Wang, Yu Fang, Matheiu Bosch, Di Sun, Dahuan Liu, Hong-Cai Zhou, PCN-250 under Pressure: Sequential Phase Transformation and the Implicationsfor MOF Densification, Joule, DOI:10.1016/j.joule.2017.09.001 

3. 2D热电金属有机框架Ni3(HITP)2具有超低导热性

麻省理工学院Mircea Dincă教授团队制备了由Ni2+离子和HITP3-配体组成的层状二维点阵且排列成蜂窝状结构的2D-Ni3(HITP)2材料。这些层被堆叠形成了平行于c方向延伸的1.5nm管状孔型类石墨材料,且具有较高表面积630m2/g。更重要的是,这种多晶样品表现出MOF中最高的σ值,约50S/cm。研究人员对这种周期性微孔MOF基材料的热电性质展开了探讨。结果表明:

(1)Ni3(HITP)2晶体和自然的纳米结构粒子组成

(2)2D MOF-Ni3(HITP)2具有良好的热电特性

(3)在25℃时,Ni3(HITP)2具有超低的热导率0.2W/m·K

(4)Ni3(HITP)2表示出MOFs材料所具有的高热电值。

Joule文章集锦——MOFs在能源中应用

Lei Sun, Bolin Liao, Dennis Sheberla, Daniel Kraemer, Jiawei Zhou, EricA. Stach, Dmitri Zakharov, Vitalie Stavila, A. Alec Talin, Yicong Ge, Mark D. Allendorf, Gang Chen, François Léonard, Mircea Dincă, A Microporous and Naturally Nanostructured Thermoelectric Metal-Organic Framework with Ultralow Thermal Conductivity, Joule, DOI:10.1016/j.joule.2017.07.018 

 

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