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[转载]Yaghi教授团队MOF材料近期研究成果盘点

已有 1443 次阅读 2023-3-17 18:26 |系统分类:博客资讯|文章来源:转载

　　Omar M.Yaghi教授是金属有机骨架材料(MOF)、共价有机骨架材料(COF)、沸石咪唑酸酯骨架材料(ZIF)等领域的开拓者和奠基人;现任加州大学伯克利分校James and Neeltje Tretter化学讲席教授、清华大学名誉教授;他在功能多孔材料的合成，及其储能、环保等领域的应用进行了多年的研究，并取得了杰出的研究成果;据不完全统计，其研究成果的累计引用数达16w+，H-index高达161，荣获阿尔伯特·爱因斯坦世界科学奖、沃尔夫化学奖以及瑞典皇家科学院Gregori Aminoff奖等多个重要奖项。

　　所以，今天乐小豹就来盘点一下Omar M.Yaghi教授团队在2022年取得的重要MOF材料研究成果。

J.Am.Chem.Soc：潮湿烟气中氨基酸功能化金属有机骨架的二氧化碳捕获化学研究

　　MOF-808经11个氨基酸(AA)功能化，得到一系列MOF-808-AA结构。在烟气条件下对CO2的吸附表明，甘氨酸和dl-赖氨酸功能化的MOF-808 (MOF-808-Gly和-dl-Lys)具有最高的吸收能力。通过单组分吸附等温线、CO2/H2O二元等温线和动态穿透测量，观察和研究了水存在时CO2捕获性能得到增强。通过研究孔隙中CO2的捕获机制，揭示了良好性能的关键归因于碳酸氢盐的形成，13C和15N固态核磁共振波谱研究也证明了这一点。在这些结果的基础上，作者检测了MOF-808-Gly在模拟煤烟气条件下的性能，发现可以通过变压吸附捕获和释放CO2。MOF-808-Gly在循环80次后性能仍能完全保留。这项研究通过揭示与MOF骨架强结合的胺基团如何在孔隙内创造化学反应和环境，从而在无需加热的温和条件下结合和释放CO2，极大地推进了我们对MOF的CO2捕获化学的研究进程。(https://doi.org/10.1021/jacs.1c13368)

J.Am.Chem.Soc：多元金属有机框架中广泛可调的大气水收集

　　多元金属有机框架(MOFs)作为最先进的集水材料MOF-303{[Al(OH)(PZDC)]的衍生物，其中PZDC2-(1H-pyrazole-3,5-dicarboxylate})的衍生物被证明是一种可以根据给定的环境条件生成高效吸附剂的强大工具。在此，作者从现成的反应物中开发了一种新的基于多元MOF-303的集水框架系列。所得到的MOFs在操作相对湿度范围(16%)、再生温度(14°C)和解吸焓(5kJmol-1)方面表现出比先前报道的更大的可调性。此外，在不影响框架结晶度、孔隙度和集水性能的情况下，在水中可以获得高产率(≥90%)和可伸缩的合成物(~3.5kg)。(https://doi.org/10.1021/jacs.2c09756)

Nat.Protoc：高产、绿色和可扩展的生产MOF-303的方法，用于从沙漠空气中收集水

　　金属有机框架(MOFs)是从沙漠空气中收集水的优秀候选者。MOF-303(Al(OH)(PZDC)是一种坚固且水稳定的MOF和极有前景的集水吸附剂，可以在相对湿度较低的情况下吸水，并在轻度加热下释放。因此，开发一种简便、高产率的大规模合成方法是非常必要的。在这里，作者报告了MOF-303在克和千克级的绿色、水基制备详细方案。具体来说，提出了四种合成方法(溶剂热法、回流法、容器法和微波法)，涉及不同的设备要求以保证通用性。溶剂热法合成MOF-303通常需要24小时，回流法和容器法可将时间缩短至4-8小时。微波辅助法可将反应时间进一步缩短至5分钟。此外，作者对MOF-303的表征以及一般的水收集MOF进行了指导，以确保产品在纯度、结晶度、孔隙率和吸水率方面的高质量。此外，为了解决该材料未来商业化的需求，作者团队证明了其方案可以用于每批次生产3.5公斤，产率为91%。这种大规模合成的MOF-303与小规模生产的相应材料相比，具有相似的结晶度和吸水能力。并且作者的合成过程是绿色和水基的，可以在几个小时内生产出MOF。(https://doi.org/10.1038/s41596-022-00756-w)

Adv.Mater：单晶异质性影响金属有机框架的内在和外在性质

　　目前，在研究材料的晶体结构与其本体性质之间存在着巨大的表征差距。目前的方法无法以相关的方式对落在这一间隙内的单个粒子进行完全表征。作者通过利用光学显微镜和光谱学的非侵入性来原位分析金属有机框架颗粒来解决这个问题。它们以一种相关的方式探讨内在的和外在的性质。作者表明，MIL-88A的晶体形状强烈影响其光吸收。此外，水如何均匀地分布和吸附在最有前途从潮湿空气中收集水的材料MOF-801中的问题也得到了解决。结果证明了粒子水平的重要性，以及它如何影响材料的性质。(https://doi.org/10.1002/adma.202104530)

J.Chem.Educ：MOFs中孔隙填充和拓扑可视化

　　金属有机框架(MOFs)具有高表面积的开放孔隙结构，可用于储氢、二氧化碳捕获、从空气中收集水、化学分离和催化。这些结晶固体的化学结构可能一开始看起来令人望而生畏。通过考虑孔的排列，通过识别链接和顶点以及在多个展现方式之间切换来简化，可以使这些结构的可视化变得容易。(https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.2c00120)

J.Am.Chem.Soc：金属有机框架准固态电解质的离子传导机理与设计

　　作者报道了两种基于多金属氧酸盐的金属有机骨架(MOFs)[(MnMo6)2(TFPM)]imine和[(AlMo6)2(TFPM)]imine作为准固态电解质的理论和实验研究。利用经典分子动力学结合量子化学和大正则蒙特卡罗模拟了两种材料中相应的扩散和离子传导。利用不同近似水平的离子扩散行为，确定了主要的离子传导机制为溶剂辅助跳变(>77%)。获得了详细的静态和动态溶剂化结构，以高空间和时间分辨率解释Li+运动。提出了一种合理设计的非互穿MOF-688材料，其性能(1.6-1.7mS cm-1)比目前最先进的材料(0.19-0.35mS cm-1)提高6-8倍。(https://doi.org/10.1021/jacs.2c03710)