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靜電紡絲+MOF,,制備“神奇”的MOF膜材料,!

來源:深圳市秋山貿(mào)易有限公司   2022年12月23日 10:26  

靜電紡絲+MOF,,制備“神奇”的MOF膜材料!

金屬有機(jī)框架(MOF)是一類新興的多孔有機(jī)-無機(jī)雜化材料,。近年來,,MOF材料一直是研究的熱點(diǎn),,多次登上各大頂刊,在過濾吸附,、能源電池,、催化等領(lǐng)域都能看到MOF的身影。MOF與靜電紡絲結(jié)合,,又有哪些新奇的材料呢,?

本期主要精選了6篇關(guān)于靜電紡MOF材料的最新研究進(jìn)展和2篇綜述,供大家了解學(xué)習(xí),。

一,、研究進(jìn)展

1、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)張遼云教授等人Adv. Sci.( IF 17.521):新型原位制備 MOF-天然聚合物復(fù)合電解質(zhì)用于固態(tài)鋰金屬電池

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?挑戰(zhàn):金屬鋰因其高比容量和低氧化還原電位而成為鋰電池前景的負(fù)極材料,。但是,,在鍍鋰/剝鋰過程中,由于鋰沉積不均勻而產(chǎn)生的鋰枝晶容易導(dǎo)致電池短路,,降低鋰電池的比容量,。因此,如何抑制鋰枝晶的形成和生長(zhǎng)成為解決鋰金屬電池安全性和提高電池性能的一大挑戰(zhàn),。


?方法:中國(guó)科學(xué)院大學(xué)張遼云&劉薇&崔巍合作采用原位復(fù)合方法,,設(shè)計(jì)并制備了一種以改性天然聚合物和ZIF-67為基礎(chǔ)的新型復(fù)合膜。其中,,采用靜電紡絲制備了一種由海藻酸鋰(LA)和聚丙烯酰胺(PAM)組成的改性天然聚合物,。


?創(chuàng)新點(diǎn)1:天然聚合物的極性官能團(tuán)可以通過氫鍵相互作用,MOFs可以構(gòu)建鋰離子傳輸通道,。因此,,與不含MOF的LA-PAM電解質(zhì)相比,ZIF-67-LA-PAM電解質(zhì)的電化學(xué)穩(wěn)定窗口在4.5 ~ 5.2 V范圍內(nèi)變寬,,鋰離子轉(zhuǎn)移數(shù)(tLi+)在30℃時(shí)從0.326提高到0.627,。


?創(chuàng)新點(diǎn)2:ZIF-67-LA-PAM對(duì)稱電池在40和100 mA cm?2條件下具有較好的穩(wěn)定循環(huán)性能,LFP電池在10C和20C條件下具有較高的循環(huán)倍率,。采用NCM811高壓正極的電池可穩(wěn)定運(yùn)行400個(gè)循環(huán),,0.5C時(shí)初始放電容量為136.1 mAh g?1。

2,、 東北師范大學(xué)趙銳ACS Appl. Mater. Interfaces ( IF 10.383):新型電紡納米纖維吸附劑可有效從水中吸附碘

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?挑戰(zhàn):從水溶液中高效捕獲放射性碘對(duì)于核能的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)具有重要意義,。然而,目前正在探索的吸附劑呈粉末狀,,且吸附容量有限,,不利于實(shí)際應(yīng)用。


?方法:東北師范大學(xué)趙銳副教授構(gòu)建了含有陽離子季銨基,、不帶電胺基和多孔MOF材料(UiO-66-NH2)的新型靜電紡絲纖維吸附劑(N-MOF-PAN纖維),,可有效吸附飽和I2水溶液和I3-水溶液中的碘,。


?創(chuàng)新點(diǎn)1:飽和I2溶液在180 分鐘內(nèi)可去除94.6%的碘,I3-溶液在240 分鐘內(nèi)可捕獲98.7%的碘,。


?創(chuàng)新點(diǎn)2:N-MOF-PAN 纖維在濃縮 KI/I2 水溶液中表現(xiàn)出 3.56 g g-1 的高碘吸收能力,,在 Langmuir 等溫線模型中表現(xiàn)出 3.61 g g-1 的高碘吸收能力,超過了許多已報(bào)道的水介質(zhì)中的碘吸附劑,。

3,、北京科技大學(xué)李從舉教授Chem. Eng. J. ( IF 16.744):多孔碳納米纖維原位負(fù)載富含氧空位Co3O4/CeO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)助力Li-O2 電池氧催化

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?挑戰(zhàn):金屬空氣電池和燃料電池因其原材料豐富、能量密度高,、價(jià)格低,、無污染等特性受到了廣泛關(guān)注。目前,,空氣型陰極的氧還原反應(yīng)(ORR)以及氧析出反應(yīng)(OER)是其總體性能提升的主要限制因素。


?方法:北京科技大學(xué)李從舉教授團(tuán)隊(duì)采用靜電紡絲,、原位生長(zhǎng),、高溫退火等方法制備了一種碳納米纖維支撐的Co3O4/CeO2異質(zhì)結(jié)構(gòu),有望通過協(xié)同雜化及電子耦合效應(yīng)提高氧催化活性,。


?創(chuàng)新點(diǎn)1:MOF多面體在纖維表面的高度分散,,且碳化之后得益于揮發(fā)性物的揮發(fā),樣品表面出現(xiàn)了較多的孔洞,,有利于反應(yīng)物的傳輸,。Co3O4和CeO2納米顆粒位于MOF衍生物的表面,而Co納米顆粒主要分布于纖維基底內(nèi),,具有的分層多級(jí)結(jié)構(gòu),。


?創(chuàng)新點(diǎn)2:復(fù)合物具有較多的氧空位,缺陷特性傾向于誘導(dǎo)不飽和配位環(huán)境的形成,,并作為吸附反應(yīng)物的催化位點(diǎn),,從而加速電催化過程。


?創(chuàng)新點(diǎn)3:Co3O4/CeO2@Co/N-CNF樣品修飾的鋰氧電池展現(xiàn)了優(yōu)的電化學(xué)性能,,包括較低的充放電過電勢(shì)(500和1000 mAh g?1中間截止容量下分別為0.87和1.09 V),,高放電/充電比容量(100 mA g?1電流密度下為9667.3/9317.3 mAh g?1),優(yōu)異的長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性等,。

4,、上海交通大學(xué)黃興溢教授 Sci. Bull. ( IF 20.577 ):具有超高金屬有機(jī)框架負(fù)載的分層多孔復(fù)合織物實(shí)現(xiàn)零能耗散熱

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?挑戰(zhàn):從大氣中收集水分,然后通過水分解吸來散熱,,是實(shí)現(xiàn)零能耗熱管理的一種有效且可行的方法,。然而,目前的方法受到吸水率低,、水蒸氣透過率(WVTR)低和穩(wěn)定性低的限制,,從而導(dǎo)致熱管理能力低,。


?方法:上海交通大學(xué)黃興溢教授團(tuán)隊(duì)提出了一種新的濕度控制靜電紡絲方法,制備分層多孔MOF復(fù)合材料,。該方法可通過濕度控制相分離,,更易構(gòu)建多孔靜電紡絲纖維。


?創(chuàng)新點(diǎn)1:復(fù)合織物富含 MOF (75 wt%),,其 WVTR 值可高達(dá) 3138 g m?2 d–1,。復(fù)合織物還表現(xiàn)出穩(wěn)定的微觀結(jié)構(gòu)和性能。在常規(guī)環(huán)境下(30℃,,60%相對(duì)濕度),,復(fù)合織物在1.5h內(nèi)吸附水蒸氣再生至飽和值Wsat為0.614g·g-1,對(duì)應(yīng)的等效焓為1705.6J·g-1,。


?創(chuàng)新點(diǎn)2:在熱管理測(cè)試中,,復(fù)合材料顯示出較強(qiáng)的冷卻能力,顯著提高了熱電器件,、便攜式存儲(chǔ)器件和無線充電器的性能,。

5、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)代云容副教授J. Clean. Prod. ( IF 11.072 ):鐵基金屬有機(jī)骨架復(fù)合靜電紡納米纖維膜用于吸附和還原水中Cr(VI)

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?挑戰(zhàn):MOFs材料對(duì)水中重金屬展現(xiàn)出較好的吸附性能,,但粉末狀的MOFs在水中易發(fā)生團(tuán)聚,,顯著降低其吸附效率,且在吸附處理后難以從水中分離回收,,存在二次污染風(fēng)險(xiǎn),,限制了MOFs在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。


?方法:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)代云容副教授采用水熱合成法制備了Fe-MOFs,,然后與PAN溶液進(jìn)行混合電紡,,得到PAN/MOFs納米纖維膜。


?創(chuàng)新點(diǎn)1:PAN/MOF ENFMs能夠快速吸附水中的Cr(VI),,并將其還原為Cr(III),;PAN/MOFs ENFMs對(duì)Cr(VI)的吸附是自發(fā)的吸熱過程


?創(chuàng)新點(diǎn)2:PAN/MOFs ENFMs在較寬的pH范圍內(nèi)對(duì)Cr(VI)保持較高的吸附能力;Cr(VI)的去除以物理吸附為主,,同時(shí)伴隨化學(xué)吸附,。

6、北京大學(xué)鄒如強(qiáng)教授Carbon ( IF 11.307 ):CoS納米顆粒包裹N/S摻雜碳納米纖維,,實(shí)現(xiàn)的鈉存儲(chǔ)


?挑戰(zhàn):金屬有機(jī)框架(MOF)衍生的碳納米材料正在成為鈉離子電池的有前途的負(fù)極材料,。然而,熱解過程中雜原子的損失和聚集嚴(yán)重阻礙了其進(jìn)一步的應(yīng)用,。


?方法:北京大學(xué)鄒如強(qiáng)教授等人利用靜電紡絲將高能MOF結(jié)構(gòu)化成納米纖維,,然后進(jìn)行一步硫化。合成了具有超大層間距(0.422 nm)的CoS納米顆粒包覆N/S摻雜多孔碳納米纖維(CoS/NSCNF),改善了鈉離子的擴(kuò)散特性和相行為,。


?創(chuàng)新點(diǎn)1:將CoS/NSCNF用作鈉離子電池的負(fù)極,,在6Ag-1電流密度下經(jīng)過2250次循環(huán)后,展現(xiàn)出358.5mAhg-1的優(yōu)異倍率性能,。


?創(chuàng)新點(diǎn)2:與MOF衍生的碳相比,,CoS/NSCNF 的豐富的N/S缺陷、擴(kuò)大的碳間距和連續(xù)的一維結(jié)構(gòu)帶來了優(yōu)異的存儲(chǔ)性能,,增強(qiáng)了鈉離子的存儲(chǔ)能力,。另外,氮摻雜也有利于 CoS/NSCNF的鈉離子吸附能力,,從而提高存儲(chǔ)性能,。



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