中空金属有机框架材料的研究进展

doi:10.7503/cjcu20220662

摘要/Abstract

摘要：

中空金属有机框架材料的快速发展为中空结构材料开辟了新的应用领域. 本综合评述介绍了中空金属有机框架材料的制备方法, 重点论述了中空金属有机框架材料及其复合材料在催化、光催化和电催化、吸附、气体分离、传感、超级电容器以及生物医学等领域的应用; 同时也对具体的中空金属有机框架材料及其复合材料的制备和应用情况进行详细阐述. 最后, 对中空金属有机框架材料目前所面临的机遇和挑战进行了展望.

关键词: 中空, 金属有机框架, 制备方法, 应用领域

Abstract:

The rapid development of hollow metal-organic frameworks（HOMOFs） has opened up new application fields for hollow structural materials. This review introduced the preparation methods of HOMOFs， focusing on the applications of HOMOFs and their composites， including catalysis， photocatalysis and electrocatalysis， adsorption， gas separation， sensing， supercapacitors， and biomedicine. At the same time， the preparation and application of specific HOMOFs and their composite materials were also elaborated. Finally， the opportunities and challenges faced by HOMOFs materials were prospected.

Key words: Hollow, Metal-organic frameworks, Preparation methods, Application field

中图分类号:

O614

TrendMD:

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图/表 12

Fig.1 TEM images of hemin⁃solid mesoporous silica nanoparticles(A), hemin⁃thick⁃walled mesoporous silica nanoparticles(B), and hemin⁃narrow⁃walled mesoporous silica nanoparticles(C)[13]Copyright 2019， Elsevier.

Fig.2 Fabrication methods of HOMOFs

Fig.3 Schematic illustration showing the fabrication process of the HPC(A), SEM(B), TEM(C) and HAADF⁃STEM(D) images of HPC⁃800, and the corresponding elemental mapping(E) of C(green), Zn(purple) and N(red) for the selected area in(D)[29]Copyright 2018， Wiley-VCH.

Fig.4 Illustration of the procedure for synthesizing hollow MOF tubes(A) and the protein⁃induced hollow MOF⁃based composite spheres(B), TEM images of BCL@H⁃ZIF⁃8 constructed with various protein concentrations of 2(C), 2.7(D), 3(E) and 4 mg/mL(F)[36]Copyright 2019， Wiley-VCH.

Fig.5 Schematic diagram of the synthetic route of GSPs@H⁃ZIF⁃8(A), transmission electron microscopy(TEM) images of gold nanoparticles(B), GSPs(C), GSPs@ZIF⁃8(D) and GSPs@H⁃ZIF⁃8(E)[41]Copyright 2022， Wiley-VCH.

Fig.6 Applications of HOMOFs

Fig.7 TEM and HRTEM images of solid MIL⁃101(A, B), SSHM(C, D), DSHM(E, F), and TSHM(G, H)[63], SEM images of H⁃ZnCo⁃ZIF hollow cages(I, J)[64],toluene conversion and CO2 yield(K, L), Arrhenius fitting curves over the MOF⁃CMO/T(350, 400, and 450) and CoMn2O4 catalysts(M), effect of WHSV(N) , catalytic performance in different runs(O), and stability test at 215 °C on MOF⁃CMO/400(P)[61]（A—H） Copyright 2017， Wiley-VCH；（I， J） Copyright 2019， Wiley-VCH；（K—P） Copyright 2022， American Chemical Society.

Fig.8 Photocatalytic H2 production activity of different samples after 4 h of light irradiation(A), time⁃yield plots of H2(B), wavelength⁃dependent AQE% with the ZTNs⁃Ce20 catalyst under monochromatic light irradiation(380, 400, 420, 450 nm)(C), and stability of ZTNs⁃Ce20 for hydrogen production(D), Mott⁃Schottky plots of ZIS(E), ZTNs⁃Ce20(F) and schematic illustration of the band structure of the pristine ZIS and ZTNs⁃Ce20 samples(G)[45]Copyright 2022， Wiley-VCH.

Fig.9 Schematic diagram of the preparation of ZIF⁃8/PES and ZIF⁃8⁃E/PES membranes(A), effects of feed pressure(B) and temperature(C) on the gas separation performance of ZIF⁃8⁃E/PES membrane, SEM images of PES(D, G), ZIF⁃8⁃E/PES(E, H), and ZIF⁃8/PES(F, I) membranes: cross⁃sections(D—F) and surfaces(G—I)[circles in (F) indicate non⁃selective voids][78]Copyright 2020， Wiley-VCH.

Fig.10 Illustration of the strategy conformational transition of analyte with substrate(A) and diagram of a SERS sensor for volatile organic compound(VOC) detection(B), SEM and TEM images of Ag nanowire(C, D), Ag@ZIF⁃67(E, F) and Ag@LDH(G, H)[39]Copyright 2019， Wiley-VCH.

Fig.12 Reflection loss and normalized input impedance(A), Cole⁃Cole plots for ZnNiC⁃600(B), RLmin/thickness values of microwave absorbers derived from different MOFs(C), and proposed microwave attenuation mechanism for ZnNiC⁃600(D)[89]Copyright 2020， The Royal Society of Chemistry.

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