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  • 1月12日,国际顶级学术期刊《Science》在线发表了华南理工大学此研究成果。华南理工大学化学与化工学院沈葵副研究员是论文第一作者,该校化学与化工学院李映伟教授与美国德克萨斯大学圣安东尼奥分校陈邦林教授为论文的共同通讯作者。这是华南理工大学首次在《Science》主刊上以第一单位发表论文。

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    世界中普遍存在如木材、软木、海绵和珊瑚等。金属有机骨架(简称MOFs)是一类新型的多孔材料。因其独特的物理化学性质,在气体吸附等领域显示出巨大的应用潜力。尽管MOFs材料的种类众多,但已报道的绝大部分MOFs材料的孔径或窗口直径却集中在微孔范围内(小于2 纳米),极大限制了其在有大尺寸化合物参与的许多应用。

    近年来,科学家们发展了一些有效的合成策略,成功制备出介孔或大孔MOFs材料,但这些介/大孔多为无序结构,或因其多晶结构而易于坍塌。沈葵所领衔的团队首次提出了一种以聚苯乙烯小球(PS)三维结构为模板的合成策略,以甲醇-氨水为双溶剂,通过“硬模板剂的制备-在大孔内填充MOF前驱体-MOF的可控晶化-去除模板剂”的制备路线,研制出世界第一个有序大/微孔MOF单晶材料,有效解决了这些难题。

    该方法具有较好的通用性,通过简单变换聚苯乙烯小球模板的尺寸,就可以系统调变有序大孔的直径(190-470 纳米)。同时,将该有序大/微孔ZIF-8单晶应用于苯甲醛和乙二腈的Knoevenagel缩合反应,发现其催化活性是常规微孔ZIF-8的4倍以上,而且随着反应物分子尺寸的增大,其活性提升倍数增高。材料还具有良好的稳定性,重复利用7次以后,仍然能够保持87%以上的初始活性。

    该研究成果使得多孔材料的应用成功延伸到有序大孔单晶领域。如用这种材料制作成药物胶囊,可以容纳更多的药物大分子,同时实现缓慢释放,具有更持久的药效。

    MOF由于其独特的三维孔道结构,在催化、分离、气体储存等领域具有广泛的应用前景。MOF材料中,孔道的尺寸大小和尺寸均匀性,决定了其是否能具有更好的气体分离或催化性能。大量研究表明,结构更规整有序的单晶材料往往比相对应的聚晶或无定形材料具有更优异的稳定性、电子传导性;另外,具有大孔结构的多孔材料比介孔、微孔材料具有更好的质量传递性能。

  • 发布:陆乙乙   点击:1432
  • 我国研制出世界首个有序大孔-微孔MOF单晶材料相关资源
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