金属有机框架材料.ppt

1、1、金属有机框架膜的制备和应用，2、金属有机框架膜介绍，金属有机框架材料是一种新型的无机-有机杂化晶体材料，在化学、材料、物理和无机及有机材料的特性相结合的广泛关注领域。在气体存储和分离、发光、传感、催化剂、磁性等领域具有广泛的潜在价值。MOFs用薄膜制造，扩大了MOFs材料在气相领域的应用，MOFs的气体分离应用从吸附分离扩展到膜分离，利用MOFs孔的大小、形状和表面化学性质的调节或可修改特性，使MOFs材料对一些轻气体分子具有更好的膜分离性能。此外，MOF胶片将MOFs的检测范围扩展到气体，以允许湿度检测和其他气体或蒸汽的荧光检测。3，1，选择渗透性是薄膜最重要的特征之一；第二，膜可以起到

2、两相之间的界面或屏障的作用，两相之间的流体可以相互接触；第三，膜的传质动力可以是温度差、浓度差、电位差、压力差等。4，金属有机框架膜的合成策略可以通过特定方法获得两种类型的金属有机框架膜： (1)金属有机框架晶体或粒子在支撑体表面随机积累的多晶体膜，该膜上的晶体可以相互作用，完全复盖载体表面或分散到载体上；(2)载体表面与金属有机框架的晶体相互作用，使晶体向特定方向生长，从而得到具有理想方向的金属有机框架。金属有机框架膜的制造方法有多种，但可以根据薄膜材料、载体结构、膜孔径、多孔、载体特性和薄膜厚度选择不同的薄膜方法。目前，MOF多晶膜是用in situ结晶、二次生长方法、逐层沉积方法、5，i

3、n situ结晶方法和in situ结晶方法(也称为直接法)制造的。在热液或溶剂条件下，载体直接与前驱溶胶或溶液接触，金属有机框架晶体在支撑体表面附近形成局部超饱和，在支撑体表面生成结晶核，持续生长，相互融合，交联，形成金属有机框架膜。在成膜过程中，晶体的生长在支撑体的表面和溶液中同时进行，通过这种生长方法，晶体以一定的相互和连续的形式在支撑体的表面生长。直接法虽然具有操作过程简单、适用性好、投资成本低等优点，但由于合成液在支撑体表面任意成核，对合成条件的直接要求更为苛刻。6、以变形-5为例，在1，4-对苯二甲酸的DMF溶液中加入0小时半，脱水Zn(N03)20.86H20加热到105 ，溶剂

4、热反应得到M0F-5多晶膜。下图显示了M0F-5粒子在多孔氧化明基扳手上形成连续致密积累，剖面图中薄膜的厚度可以估计为5m左右。7，二次生长法，也称为种子法，二次生长法是将晶体变成核，在水热/溶剂热合成之前分离晶体生长的阶段。首先合成均匀纳米大小的金属有机框架种子，然后使用物理方法在载体表面形成变形晶层层，在一定条件下，将载体放入特定浓度变形膜的合成液中进行结晶。晶种的存在使膜的形成不需要成核期，改变载体上的晶体生长行为，缩短合成时间，得到均匀厚度薄的金属有机框架。8，对于大多数MOFs，使用大尺寸的MOFs粒子作为种子并不能产生好的MOF膜。以纳米大小的MOFs粒子为种子，然后用二次生长法制

5、造MOF膜，成为解决这个问题的方法。室温下制备ZIF-7纳米晶，分散在聚酰亚胺的水溶液中，浸泡在多孔氧化铝基板中，最后用二次生长法制备连续、致密、可用于气体分离的ZIF-7多晶体膜。浸出纳米晶体时，聚乙基稀米德通过氧键改善ZIF-7纳米晶和多孔氧化针基板之间的相互作用。，9，LBL(逐层)沉积法一般与金属有机框架粉末的合成相似，但这种合成条件可能不是膜形成的最佳条件，直接生长方法经常需要使自组装单层或种子载体的表面功能化，促进膜形成。在某些情况下，金属有机框架膜的获得可以通过载体分别浸泡在金属和有机前驱体的溶液中，并且在载体表面一次生长一个分子或离子层变形的官能团，从而使金属有机框架结构在特定

6、的决定方向上生长，形成理想的取向膜。10、机理及工艺：载体基板经过羟基、羧基、氨基、吡啶等有机官能团后，与金属离子进行配位作用，继续与有机配体、金属离子逐步分层配位作用，终于实现了MOFs在基板上的分层生长。这些方法主要用于制造SURMOF膜。11，金属有机框架膜的应用，设计和合成了越来越多的MOFs材料，用于气体存储和分离、发光、催化剂等。MOF膜的应用研究也引起了很多关注。MOF薄膜中实现的良好气体分离性能，在能源、工业、环境等领域具有潜在的应用前景。与此同时，MOF薄膜应用对气体和蒸汽的检测和选择性检测，在工业生产、化学污染气体检测、公共场所的安全、环境监测等方面具有广泛的应用前景。MO

7、F薄膜具有成本降低、简单流程等特点，MOF薄膜的研究和开发对MOFs材料的消磁和商业化至关重要。12、气体膜分离，膜分离主要用于薄膜通过障碍物的情况，使用各组混合显示不同渗透性，实现成分的分离、浓度和纯化。多孔膜中成分分子的传质机制主要是Knudsen扩散、分子筛筛选机制和表面扩散流。13，由于化学检测和检测、金属有机框架材料结构和特性的可调节性，具有优于其他化学检测材料的重要优点。金属有机框架材料的高孔隙率为检测提供了高灵敏度和铜作为电极，以蒸发方式将圆形铝电极复盖在膜上，改变相对湿度检测电容器的线性反应，结果显示灵敏度和选择性很好，测试结果表明随着时间的推移，再现性和稳定性很好。目前，MO

8、F薄膜用于检测和检测，包括发光特性的变化(发光强度、峰值位置等)、膜颜色的变化、吸收光谱的变化、质量的变化、电特性的变化等。14，催化剂，很多研究证实金属有机框架材料作为均匀催化剂材料具有良好的活性和选择性。MOF的无机-有机杂化结构和孔隙率为在孔结构中制造一个或多个催化剂部位提供了很多机会。但是，使用金属有机框架膜进行催化应用的例子很少。在MOF-5膜中加载有机金属前驱体(如Hermes)，使用氢还原前驱体或分解为紫外线光源的策略将钯粒子包含在膜中。本法制备的MOF-5膜适合作为环辛烯加氢催化剂。另外，Pd和MOF-5膜作为薄膜的催化电极和传感器。Schwab等将HKUST-1材料拉长在大管

9、支架上，形成了MOF大孔支撑复合膜，可用作催化反应器。，15、展望和展望，金属有机框架膜是无机膜领域的前沿之一，展示了其在基本理论和实际应用领域的巨大潜力。相对分子筛膜、金属有机框架膜有诸多优点： (1)由于独特的柔性框架结构，使薄膜和载体之间的热膨胀系数更好地匹配，提高了金属有机框架材料的热稳定性，有助于构建分离模具；(2)金属有机框架膜的分离特性可以通过吸附选择性和扩散选择性预测和设计；(3)基于疏水金属有机框架材料的疏水复合基质膜具有良好的分离特性；(4)控制金属有机框架结构和官能团的种类，控制催化剂或传感的活性和选择性。(5)由于金属有机框架材料的可设计灵活性和骨架可调整性，可能成为新

10、的质子传导材料的候选。16但是从目前的研究现状来看，急需解决以下几个问题： (1)自旋涂层聚合物粘结剂、烷基功能化载体等，提出了提高金属有机框架薄膜和载体之间坚固性的一些战略，但仍然没有商业价值，必须提出普遍、廉价、易于操作的战略；(2)与分子筛膜一样，金属有机框架膜的脆性也是限制实际应用的难题，有报告称，MOF膜合成后可以缓慢冷却或通过自然冷却减少薄膜的裂纹或缺陷，从用于制造薄膜的载体中比较MOF材料和载体的热膨胀系数，并将理论计算和实际结果相结合，分析MOF膜容易出现缺陷的原因，找出合适的策略。(3)部分金属有机框架材料在高温、溶剂或水溶剂中不稳定，框架结构容易倒塌，在催化剂、传感等应用中，金属有机框架材料氧化分解问题亟待解决。(4