化学学报 ›› 2021, Vol. 79 ›› Issue (7): 869-884.DOI: 10.6023/A21030099 上一篇 下一篇
所属专题: 多孔材料:金属有机框架(MOF)
综述
吕露茜a, 赵娅俐a, 魏嫣莹a,*(), 王海辉b,*()
投稿日期:
2021-03-19
发布日期:
2021-06-21
通讯作者:
魏嫣莹, 王海辉
作者简介:
吕露茜, 2019年本科毕业于华南理工大学, 目前在华南理工大学化学与化工学院魏嫣莹老师膜科学与能源材料研究组开展研究工作, 研究方向是金属-有机骨架材料应用于气体分离. |
赵娅俐, 2018年本科毕业于湖南工程大学, 目前在华南理工大学化学与化工学院魏嫣莹老师膜科学与能源材料研究组开展研究工作, 研究方向是金属-有机骨架膜应用于分离. |
魏嫣莹, 女, 华南理工大学化学与化工学院研究员. 2008年本科毕业于太原理工大学, 2013年博士毕业于华南理工大学. 2015年加入华南理工大学化学与化工学院王海辉老师课题组, 开展研究. 研究方向为无机膜分离(二维膜、MOF膜、混合导体膜)和催化膜反应器. 在国际化学、化工领域权威期刊发表SCI论文65篇, 第一或通讯作者身份发 |
王海辉, 男, 清华大学化学工程系教授. 1998年本科毕业于安徽工业大学, 2003年博士毕业于中国科学院大连化学物理研究所. 2013年加入华南理工大学化学与化工学院, 成立膜科学与能源材料研究组, 开展研究. 2021年入职清华大学化工系. 研究方向为膜分离与膜催化, 新能源与器件. 在国际化学、化工领域权威期刊发表SCI论文220余篇, 论文被引用16400余次, H因子: 67. 申请中国发明专利50余件, 获得授权28件, 欧洲专利2件, 授权1件. |
基金资助:
Luxi Lyua, Yali Zhaoa, Yanying Weia(), Haihui Wangb()
Received:
2021-03-19
Published:
2021-06-21
Contact:
Yanying Wei, Haihui Wang
Supported by:
文章分享
膜分离在面向能源与环境问题的分离过程中具有极大的应用前景, 近几十年内发展迅速. 金属-有机骨架(MOFs)是一种新型微孔材料, 具有孔结构均一、可调控、多样化的特点, 用其制备的MOF膜在分离领域极具应用潜力. 而二维(2D)材料的飞速发展, 使2D MOF膜也成为倍受关注的一类新型分离膜. 由2D MOF纳米片构筑成的超薄分离膜, 通过MOF的固有孔径可以实现分子级别的筛分, 而纳米片之间的通道及纳米片面内通道为气体或水分子提供了更多的传质通道, 从而实现了优异的分离性能. 因此, 2D MOF膜被认为有望同时提高分离过程的渗透量和选择性, 成为满足工业分离需求的高性能分离膜.
吕露茜, 赵娅俐, 魏嫣莹, 王海辉. 二维金属-有机骨架膜的制备及其在分离中的应用[J]. 化学学报, 2021, 79(7): 869-884.
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方法类型 | 合成方法 | 横向尺寸 | 厚度 | 均匀性 | 收率 | 实验条件 | 前体 | 文献 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
自上而下 | 超声剥离 | 一般 | 薄 | 一般 | 低 | 简单 | 2D MOF | [ |
球磨-超声 | 一般 | 薄 | 一般 | 低 | 特殊溶剂 | 2D MOF | [ | |
冻融法 | 大 | 薄 | 好 | 低 | 大温差 | 2D MOF | [ | |
化学剥离 | 小 | 薄 | 好 | 低 | 较复杂 | 2D/3D MOF | [ | |
自下而上 | 直接合成 | 一般 | 一般 | 好 | 高 | 简单 | 2D/3D MOF | [ |
封端剂/调节剂合成 | 大 | 薄 | 一般 | 一般 | 较复杂 | 2D MOF | [ | |
模板合成 | 大 | 薄 | 好 | 一般 | 简单 | 2D/3D MOF | [ | |
气/固界面合成 | 小 | 超薄 | 好 | 低 | 界面要求高 | 部分2D MOF | [ | |
气/液界面合成 | 极大 | 超薄 | 好 | 一般 | 界面要求高 | 部分2D MOF | [ | |
液/液界面合成 | 极大 | 超薄 | 好 | 一般 | 界面要求高 | 部分2D MOF | [ | |
L-B | 极大 | 超薄 | 好 | 一般 | 界面、仪器要求高 | 部分2D MOF | [ | |
组合策略 | 大 | 薄 | 一般 | 低 | 较复杂 | 2D/3D MOF | [ |
方法类型 | 合成方法 | 横向尺寸 | 厚度 | 均匀性 | 收率 | 实验条件 | 前体 | 文献 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
自上而下 | 超声剥离 | 一般 | 薄 | 一般 | 低 | 简单 | 2D MOF | [ |
球磨-超声 | 一般 | 薄 | 一般 | 低 | 特殊溶剂 | 2D MOF | [ | |
冻融法 | 大 | 薄 | 好 | 低 | 大温差 | 2D MOF | [ | |
化学剥离 | 小 | 薄 | 好 | 低 | 较复杂 | 2D/3D MOF | [ | |
自下而上 | 直接合成 | 一般 | 一般 | 好 | 高 | 简单 | 2D/3D MOF | [ |
封端剂/调节剂合成 | 大 | 薄 | 一般 | 一般 | 较复杂 | 2D MOF | [ | |
模板合成 | 大 | 薄 | 好 | 一般 | 简单 | 2D/3D MOF | [ | |
气/固界面合成 | 小 | 超薄 | 好 | 低 | 界面要求高 | 部分2D MOF | [ | |
气/液界面合成 | 极大 | 超薄 | 好 | 一般 | 界面要求高 | 部分2D MOF | [ | |
液/液界面合成 | 极大 | 超薄 | 好 | 一般 | 界面要求高 | 部分2D MOF | [ | |
L-B | 极大 | 超薄 | 好 | 一般 | 界面、仪器要求高 | 部分2D MOF | [ | |
组合策略 | 大 | 薄 | 一般 | 低 | 较复杂 | 2D/3D MOF | [ |
2D MOF膜 合成方法 | 优势 | 不足 | 文献 |
---|---|---|---|
真空抽滤 | 简单, 通用 | 膜厚, 纳米片堆叠方式不可控 | [ |
热滴涂 | 膜薄, 可调控堆叠方式 | 受实验条件影响, 重现性差 | [ |
L-B | 一步合成, 膜薄 | 实验条件苛刻, 可控性差 | [ |
直接生长 | 简单, 可控 | 膜厚 | [ |
2D MOF膜 合成方法 | 优势 | 不足 | 文献 |
---|---|---|---|
真空抽滤 | 简单, 通用 | 膜厚, 纳米片堆叠方式不可控 | [ |
热滴涂 | 膜薄, 可调控堆叠方式 | 受实验条件影响, 重现性差 | [ |
L-B | 一步合成, 膜薄 | 实验条件苛刻, 可控性差 | [ |
直接生长 | 简单, 可控 | 膜厚 | [ |
膜种类 | 膜制备 方法 | 膜厚度 | H2渗透量/ (*10-8 mol•m-2•s-1•Pa-1) | H2/CO2 选择性 | 膜类型 | 文献 |
---|---|---|---|---|---|---|
Zn2bim4 | 热滴涂 | <10 nm | 92 | 291 | 片状 | [ |
Zn2bim3 | 热滴涂 | <10 nm | 65 | 128 | 片状 | [ |
MAMS-1 | 热滴涂 | 12 nm | 227 | 40 | 片状 | [ |
40 nm | 13 | 215 | 片状 | |||
CuBDC/GO (12∶1)a | 真空抽滤 | 700 nm | 96 | 95 | 片状 | [ |
CuBDC/GO (2.4∶1)a | 700 nm | 18 | 232 | 片状 | ||
Zn2bim4 | 直接生长 | 50 nm | 20 | 53 | 管状 | [ |
Zn2bim4/GO | 直接生长 | 100 nm | 14 | 106 | 管状 | [ |
膜种类 | 膜制备 方法 | 膜厚度 | H2渗透量/ (*10-8 mol•m-2•s-1•Pa-1) | H2/CO2 选择性 | 膜类型 | 文献 |
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Zn2bim4 | 热滴涂 | <10 nm | 92 | 291 | 片状 | [ |
Zn2bim3 | 热滴涂 | <10 nm | 65 | 128 | 片状 | [ |
MAMS-1 | 热滴涂 | 12 nm | 227 | 40 | 片状 | [ |
40 nm | 13 | 215 | 片状 | |||
CuBDC/GO (12∶1)a | 真空抽滤 | 700 nm | 96 | 95 | 片状 | [ |
CuBDC/GO (2.4∶1)a | 700 nm | 18 | 232 | 片状 | ||
Zn2bim4 | 直接生长 | 50 nm | 20 | 53 | 管状 | [ |
Zn2bim4/GO | 直接生长 | 100 nm | 14 | 106 | 管状 | [ |
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