金属有机框架在电池电极中的应用

摘要:随着环境的日益恶化,能源储存领域的发展日益重要,开发和设计各种高性能电池来满足现代社会的需求已成为时代的必然趋势。然而,现有的电池电极基材已不足以实现更高性能电池的制备,金属-有机框架材料(MOFs)作为一种新型的多功能材料,因其高比表面积、高孔隙率和优异的可调控修饰性,已成为具有更高应用潜力的电极基材。本文全面综述了各种MOF在电池电极领域中的应用,深入研究讨论了MOF基电极材料的创新应用策略、挑战和未来发展前景,强调了它们在提高电极材料性能方面的巨大潜力,旨在为MOF基材的可持续发展铺平道路。

生物质热解油酚醛树脂制备与应用研究进展

摘要:生物质热解油酚醛树脂作为一种绿色环保的新型材料,因原料来源广泛、成本低廉且性能优异而在胶粘剂、复合材料、泡沫塑料等领域展现出广阔的应用前景。本文系统总结了生物质热解油的化学成分与理化性质,分析了热解油酚醛树脂的合成原理。研究表明,热解油中酚类和醛类物质的活性较高,替代率可达20wt%~75wt%,显著降低了树脂的生产成本。此外,通过优化合成工艺(如催化剂选择、反应温度控制等),可进一步提升树脂的力学性能、耐热性和环保性。在应用方面,热解油酚醛树脂已成功应用于木竹材胶粘剂、纤维增强复合材料、泡沫塑料等领域,并表现出良好的性能。未来,随着“双碳”战略的推进,热解油酚醛树脂的规模化生产和多功能化改性将成为研究重点,为其在更广泛领域的应用提供支持。

以蒸气加工法制备和修饰金属-有机框架膜

摘要:金属-有机框架(MOF)是由金属离子或金属离子簇与有机配体配位连接而成的一类高度有序的多孔材料。作为分离膜材料具有广泛的应用潜力。开发高效的MOF膜制备和修饰方法对获得连续、致密、结构可调控的MOF膜至关重要。相比传统液相合成过程,蒸气加工方法可大幅节省溶剂及前体用量,有效避免竞争性体相成核,降低后处理过程中因溶剂分子移除造成的膜层开裂风险,兼具效率高和环境友好的特点。系统总结了蒸气加工法用于MOF膜的直接合成与合成后修饰改性方面的研究进展以及蒸气加工方法对MOF膜分离性能的调控和强化作用,并展望了蒸气加工法未来的发展方向及其在MOF膜放大制备方面的应用潜力。

共价有机框架的设计及质子传导性能研究进展

摘要:质子交换膜燃料电池(PEMFCs)通过氢氧电化学反应直接将化学能转化为电能, 为高效清洁能源转化提供了重要的途经. 质子交换膜作为PEMFC 的核心功能组件, 通过定向传导质子实现电化学能的连续转换, 对电池性能具有决定性的作用. 共价有机框架(COFs)作为一种新型有机多孔材料, 具有高度结晶性、有序的多孔排列、功能可修饰性、结构可调性以及较高稳定性, 作为质子交换膜具有潜在的优势. COFs 可功能修饰的骨架可以定制质子传导功能位点,规整的孔道可以限域容纳多种质子载体/供体, 周期性分布的孔结构可以构建连续稳定的质子传输通道, 在含水/无水质子传导中均发挥出巨大的作用. 本文系统综述了近年来COFs 材料的设计与质子传导性能研究进展, 重点讨论了COF 骨架功能化设计、孔内限域和孔结构调控三种策略对质子传导性能的提升与传导机制解析, 并展望了该领域未来发展方向.

金属有机框架用于碱性电催化析氧反应的研究进展

摘要:电催化析氧反应(OER)作为水裂解和金属-空气电池等清洁能源技术的关键半反应,对缓解能源危机与解决环境污染问题具有重要意义。然而,OER复杂的电子/质子转移机理和缓慢的反应动力学过程导致了较高的过电位,限制了能源转换的效率。因此急需开发高效、稳定的OER催化剂来提高反应效率。金属有机框架(MOFs)因其充足的金属中心、较大的比表面积和灵活可调节的结构,被认为是极具潜力的电催化剂。本文系统地介绍了高效MOFs基电催化剂的设计策略,并探讨了该领域目前面临的挑战与未来的发展方向。

聚集诱导发光分子合成金属-有机框架的发光应用研究

摘要:荧光材料因其优异的光学性能在生物成像、传感和光电器件等领域展现出巨大潜力.但传统荧光材料普遍存在高浓度或固态环境下的荧光猝灭问题,限制了其实际应用.聚集诱导发光(AIE)分子的出现为克服这一难题提供了新的解决方案. AIE分子在聚集态时荧光显著增强, 而金属有机框架(MOFs)以其高度有序且可调控的孔道结构为AIE分子的定向聚集提供了理想平台.本综述从AIE-MOFs的发光机制和合成策略出发,系统总结了AIE-MOFs发光材料在化学检测、生物传感、生物成像和白光发射等应用领域的最新研究进展,旨在为设计开发绿色、稳定且高效的新一代AIE-MOFs功能材料提供理论依据和发展思路.

乙烷选择性金属有机框架材料的结构设计与分离应用

摘要:开发高效乙烯(C2H4)分离与提纯技术是化工节能降耗的重大需求, 研究的关键在于高性能乙烷(C2H6)吸附剂的设计与制备.具有高度可设计性与可调节性金属有机框架(Metal-organic framework, MOF)材料的出现, 极大推动了C2H6选择性吸附剂研发的进展. 通过活性位点的合理构筑与孔腔环境的精准调控,种类繁多的C2H6选择性吸附剂不断涌现, 但在面对实际分离体系和复杂工业应用场景时, 材料的性能仍有待提高, 对C2H6吸附机制构效关系的认知也迫切需要进一步系统研究. 此综述系统总结了近15 年来C2H6选择性吸附剂的研究进展, 深入探讨了C2H6选择性吸附剂的结构设计方法, 包括柔性开门效应、金属开放位点修饰、孔道表面电势调控等, 强调了C2H6吸附剂面对工业应用必须克服的关键挑战, 包括在循环稳定性、绿色规模化合成及新型分离工艺建立等, 以期为高性能C2H6吸附剂的精准构筑与分离应用奠定理论基础, 推动烯烃分离工业的技术创新与变革发展.

共价有机框架材料在环境监测中的分析应用

摘要:随着环境监测要求的不断提高,新型材料的应用备受关注。共价有机框架(COF)材料因具有结构可设计、比表面积大、孔隙率高、化学稳定性好等优点,在环境监测领域展现出巨大潜力。本文聚焦于COF材料在环境监测领域的分析应用展开综述。详细阐述了COF材料在重金属离子、有机污染物及气体污染物检测方面的独特优势,并分析了其与现代分析检测技术和工具相结合的应用实例及效果。同时,探讨了COF材料在实际应用中面临的局限性,并对未来的发展方向和应用前景进行了展望,为其在环境检测领域的进一步发展提供了参考。

环境友好型氨基酸基离子液体作为水润滑添加剂的摩擦学机制研究

摘要: 本文中以美国食品药品监督管理局(Food and Drug Administration, FDA)批准的食品添加剂月桂酰肌氨酸钠和氨基酸为原料,采用简单的质子交换反应合成了2种氨基酸基离子液体Lys-LS和Arg-LS,并将其用作水基润滑添加剂. 利用SRV-V微动摩擦磨损试验机和全自动真彩共聚焦显微镜考察了2种离子液体添加剂的摩擦学性能,并采用扫描电镜(SEM)、石英晶体微天平(QCM)和X射线光电子能谱仪(XPS)深入探究了其润滑机理. 研究结果表明:2种氨基酸基离子液体添加剂具有良好的热稳定性且可以显著抑制铸铁在水中的腐蚀. 与去离子水相比,当Lys-LS和Arg-LS的添加质量分数为0.5%时,水基润滑液的摩擦系数和磨损体积分别降低了约70%和85%,具有显著的减摩抗磨效果. 机理分析结果表明,离子液体在界面处形成的摩擦化学反应膜与物理/化学吸附膜协同作用,有效地阻止了滑动摩擦副之间的直接接触,进而赋予水基润滑液优异的摩擦学性能. 2种润滑添加剂制备简单,安全无毒且绿色环保,有望作为水基金属加工液和难燃液压液的关键润滑添加剂使用.

含硫动态高分子的研究进展

摘要: 自动态共价键概念问世以来,含硫动态高分子作为动态化学中的一类重要高分子在化学、生物、材料等领域的应用取得了重大进展。硫元素作为自然界中常见元素,其来源广泛,且理化性质较为活泼,可参与多种有机化学反应,因此含硫动态高分子得到了迅速发展。本文介绍了不同类型的含硫动态共价键,简述了其动态影响因素,并探讨了多种含硫动态共价键在高分子材料设计和构建中的应用,特别是对材料化学、电子器件、生物医疗等领域的影响,最后对含硫动态高分子材料的未来发展作了展望。