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英屬哥倫比亞大學(xué) Zachary Hudson教授等 JACS:導(dǎo)向網(wǎng)狀化學(xué)合成介孔ZIFs
2024-11-02  來源:高分子科技

  沸石咪唑酯骨架結(jié)構(gòu)材料(ZIFs)是金屬有機(jī)框架材料(MOFs)的一種,其配位鍵角(約145°)與沸石中的橋接鍵角相似。ZIFs 結(jié)合了沸石和 MOFs 的許多優(yōu)良特性,如高比表面積以及優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。然而,傳統(tǒng)的 ZIFs 僅具備微孔(孔徑 <2 nm),這一固有局限性限制了框架中的傳質(zhì)和活性位點的可達(dá)性,從而影響了其在氣體存儲、催化或涉及大分子的應(yīng)用中的實用性。



  近日,加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)(UBCZachary Hudson教授聯(lián)合英國劍橋大學(xué)David Fairen-Jimenez教授介紹了一種新的方法來制備介孔 ZIFs —“導(dǎo)向網(wǎng)狀化學(xué)”(Directed Reticular Chemistry)。該方法使用兩親嵌段共聚物作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑,將 ZIF 晶化限制在自組裝的嵌段共聚物膠束的縫隙中,通過在400 oC下活化去除嵌段共聚物,生成了具有1025 nm、墨水瓶狀的介孔ZIFs。值得注意的是該方法利用醋酸防止 ZIF構(gòu)筑單元的快速配位,避免在共組裝過程中發(fā)生相分離。使用的三乙胺中和醋酸,并進(jìn)一步使 2-甲基咪唑配體去質(zhì)子化,以便與鋅離子配位,形成ZIF晶體。


研究亮點


  (1)首次通過“導(dǎo)向網(wǎng)狀化學(xué)”(Directed Reticular Chemistry)合成了具有可調(diào)孔徑的介孔 ZIFs。(2)證明該方法適用于不同類型的介孔 ZIFs(如 ZIF-8 ZIF-67)。(3)提供了有關(guān)控制介孔形成機(jī)制的詳細(xì)研究,為他人使用該技術(shù)提供了指導(dǎo)。(4)與僅含微孔的 ZIF-8 相比,介孔 ZIF-8 在氫氣儲存能力和非均相催化實驗中表現(xiàn)出更佳性能。


Figure 1. Synthesis of MesoZIFs and SEM/TEM images of the as-synthesized MesoZIF-8.


Figure 2. Characterization of as-synthesized and activated MesoZIF-8.


Figure 3. TEM, N2 adsorption isotherms, and pore size distribution profiles of the activated MesoZIF-8.


Figure 4. Study on the formation mechanism of MesoZIF-8.


Figure 5. Conversions of benzaldehyde over MesoZIF-8 and H2 storage performance of MesoZIF-8.


  本研究結(jié)合了網(wǎng)狀化學(xué)和聚合物自組裝技術(shù),在 ZIFs 中引入了可控的介孔結(jié)構(gòu),代表了介孔網(wǎng)狀材料制備方法的一個重大進(jìn)展。該研究結(jié)果有望提升 ZIFs 及其他 MOFs 在氣體存儲和催化中的性能。相關(guān)論文以題為“Coassembling Mesoporous Zeolitic Imidazolate Frameworks by Directed Reticular Chemistry”發(fā)表在了JACS上。


  原文鏈接: https://doi.org/10.1021/jacs.4c12385

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