大连化物所多孔金属有机骨架材料研究取得新进展

2011-8-26 11:02 来源: 中国科学院
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  近日,中科院大连化学物理研究所孙立贤研究员领导的研究团队在多孔金属有机骨架材料研究取得新进展,研究成果已发表在Energy & Environmental Science(DOI: 10.1039/c1ee01380g)上,并将于11月作为封面文章正式发表。此前,孙立贤还受邀撰写了三篇关于储氢材料热力学和动力学方面综述文章。((1)中国科学:化学 2010,40 (09),1243-1252;(2) Frontiers of Physics,2011,6(2),151-161;(3) The Journal of Chemical Thermodynamics,2011,doi:10.1016/j.jct.2011.06.022.)

  多孔金属有机骨架材料(MOFs)是由金属离子和含氧、氮等多齿有机配体通过配位键组装而成的一维、二维或三维结构的材料。与传统的无机多孔材料相比,MOFs材料由于其金属离子和有机配体的选择范围更广,因此可以设计合成具有多种多样的结构形式和特性的材料。MOFs材料在气体储存、分离、催化、磁性等方面有着潜在的实际应用价值,引起了各国学者的广泛关注,近几年已成为新功能材料研究的热点之一。

  本研究通过改进方法合成了含有氨基修饰的金属有机骨架材料(CAU-1),该材料具有较高的CO2吸附量和吸附热,并且对于CO2和N2气体,表现出非常高的吸附选择性。在273K和1atm条件下,该材料的CO2吸附量高达7.2mmol/g, 是目前报道的最高吸附能力的MOFs之一。相比之下,CH4和N2吸附量分别只有1.34mmol/g和0.37mmol/g。在273K时,CO2/N2选择性高达101:1。在低覆盖度时,该材料的CO2吸附热高达48kJ/mol。同时,在77K和30atm条件下,该材料能够吸附4.0wt%氢气。此外,该材料对低浓度甲醇表现极强的敏感性。

  随着“全球变暖”带来的各种问题日渐凸显,CO2作为一种温室气体,对人类生存环境有着严重的负面影响,但同时也是一种重要的资源和工业气体,可以在许多方面造福于人类,如在食品、化工、医药等领域的应用。如何开发经济高效的CO2捕集技术和封存技术,已成为各国政府关注的重点之一。此项研究成果将在二氧化碳捕集、氢气储存、甲醇检测等方面呈现良好的应用前景。