二维MOF材料的合成与应用ppt课件

2D MOF材料的制材料的制备与与应用用2D MOF材料的制备与应用PPT模板下载： CONTENTS背景介绍012D MOF的应用032D MOF的制备02PPT模板下载： 背景介背景介绍PPT模板下载： MOF具有类似于其他2D材料的性质，例如延展性、透光性、导电性，具有非常巨大的应用前景。2D MOF合成的最为重要的就是在不影响其二维尺度生长的情况下，抑制其第三个维度的生长。Chem.Soc.Rev.,2018,47,6267-6295 背景介绍4金属有机框架(MOF)是由金属离子或团簇与有机配体PPT模板下载： 2D MOF的制的制备PPT模板下载： Top-down超声剥离冻干-融化剥离插入剥离化学剥离Bottom-up界面合成三层合成表面活性剂辅助合成调节合成 Top-down ：破坏层状结构MOF之间的范德华力、氢键或-堆叠等。只适用于层状结构的MOF。Bottom-up：限制垂直尺度的生长。合成策略6Chem.Soc.Rev.,2018,47超声剥离-Top-down synthesis 7Chem.Commun.,2010,46,32623264(a)The coordination environment of Cu in Cu2Br(IN)2n crystals.(b)Structure of a single-layer Cu2Br(IN)2n nanosheet.(c)The stacking of the layers along the a axis.(d)AFM topography image of the exfoliated Cu2Br(IN)2n nanosheets deposited on HOPG 两个毗邻的Cu原子共同与一个Br配位，分别与异烟酸中 的两个O和一个N配位，形成层状MOF。BrCu异烟酸（isonicotinic acid，HIN）超声破坏Cu2Br(IN)2n MOF层之间的-作用力。层之间依靠异烟酸芳香环之间-相互作用堆叠而成。AFM表征显示单层厚度为50.15 ，与单层MOF理论值相近。超声剥离-Top-down synthesis 7Chem.超声剥离-Top-down synthesis 8Science 346,1356-1359(2014).苯并咪唑（Benzimidazole，BIM)Zn离子与苯并咪唑形成层状MOF球磨将MOF与甲醇和异丙醇的混合溶剂充分浸润，让甲醇进入到层状MOF之间超声时MOF解离成单层异丙醇的存在可以防止2D MOF的重新堆叠超声剥离-Top-down synthesis 8Scien冻干-融化剥离-Top-down synthesis 9Nature communications 8,14460(2017).Angew.Chem.Int.Ed.2007,46,2458 2462MAMS-1晶体粉末分散在己烷中。之后将溶液在液氮（196）中冷冻，然后在热水（80）中解冻。己烷在固态和液态之间的体积变化期间产生的剪切力施加于悬浮的MAMS-1晶体上，剥离成独立的纳米片纳米片的厚度为约4nm，平均横向尺寸为10.7mm，表明使用冻融剥离将MAMS-1晶体有效剥离成纳米片。MAMS-1(Ni8(5-bbdc)6(3-OH)4)bbdc冻干-融化剥离-Top-down synthesis 9Na插层/化学剥离-Top-down synthesis 10J.Am.Chem.Soc.2017,139,91369139CrystEngComm,2012,14,61296131化学不稳定的4,4-二吡啶基二硫化物(DPDS)嵌入层中，获得新的嵌入的Zn2(PdTCPP)(DPDS)晶体DPDS与金属节点的协调作用削弱了块状MOF的层间相互作用三甲基膦选择性还原二硫键之后，将Zn2(PdTCPP)(DPDS)晶体剥离成单层独立的MOF纳米片获得厚度为B1nm的MOF纳米片，产率约为57PPF-1插层/化学剥离-Top-down synthesis 10J界面合成-Bottom-up synthesis 11液液界面Nature communications 6,7408(2015).金属离子与配体分散在两种互不相容的溶剂中，金属与配体在界面处反应，形成MOF通过调控金属离子与配体的浓度来改变2D MOF的厚度。两相中的金属离子与配体在界面处相遇时开始形成2D MOF，之后金属离子不断被配体牵引到有机相中，2D MOF薄膜沿着界面向有机相一层生长方法简单，操作性强，但是所得的2D MOF往往较厚，有100 nm。界面合成-Bottom-up synthesis 11液液界界面合成-Bottom-up synthesis 12液气界面J.Am.Chem.Soc.2013,135,24622465 BHT配体（六巯基苯）的乙酸乙酯溶液滴加到Ni(OAc)2水溶液表面，在乙酸乙酯挥发后，在水的表面处形成BHT薄层，在反应2h后形成Ni-BHT纳米片AFM表征结果证明合成的纳米片只有几纳米厚，单层的纳米片则只有0.6纳米厚界面合成-Bottom-up synthesis 12液气界界面合成-Bottom-up synthesis 13液固界面Nature Chemistry 8,377(2016).液固界面逐层生长法：在Au/Cr/Si基底先覆盖一层4-巯基吡啶组装成的自组装单层膜，之后依次浸入含有Fe2+，Pt(CN)42-的乙醇溶液，在室温下循环30次。在每次循环中，形成一层纳米片。单层膜基底种类与温度，如吡啶配位和羧基配位，会影响纳米片的生长方向。界面合成-Bottom-up synthesis 13液固界三层合成-Bottom-up synthesis 14Nature Materials 14,48(2014).该合成介质由DMF与乙腈按不同配比垂直排列配制的三层液体组成。顶层含有更多的乙腈，而底层含有更多的DMF。Cu(NO3)2溶于上层，BDC配体溶于底层。这两层由含有等量DMF和乙腈的中间层隔开。当Cu2+和BDC配体缓慢扩散到中间层时，MOF纳米片开始生长。生成的2D MOF纳米片沉淀出来。SEM与AFM表明其厚度在5-25nm左右。三层合成-Bottom-up synthesis 14Nat表面活性剂辅助合成-Bottom-up synthesis 15Adv.Mater.2015,27,73727378表面活性剂辅助合成法：表面活性剂由于可以选择性地粘附在纳米晶体的特殊小平面上，目前已经被广泛应用于控制纳米晶体的生长。这种表面活性剂辅助的合成方法方便、灵活，为在液相中自下而上合成 2D 层状 MOFs 纳米片的难题提供了很好的解决办法，同时可以用来设计和合成其它功能配体的超薄 MOFs 纳米片。以TCPP 作为有机配体,以 Zn、Cu、Fe 和 Co 作为节点，通过表面活性剂分子PVP粘附在 MOFs 表面,致使 MOFs 各向异性生长,最终形成了一系列厚度低于 10 nm 的超薄 2D MOFs 纳米片。表面活性剂辅助合成-Bottom-up synthesis 调节合成-Bottom-up synthesis 16Angew.Chem.Int.Ed.2009,48,4739 4743Science 339,193-196(2013).一些小分子(如乙酸、吡啶)也被用于制备MOF纳米片。这些分子也被称为调节剂，与有机连接剂具有相同的官能团，与金属节点竞争配合，调节MOFs的生长动力学。更重要的是，某些晶体平面上的调制剂选择性配位会阻碍MOFs沿某个方向的生长，导致不同形貌的MOFs出现各向异性生长，包括纳米晶、纳米棒和纳米片等Cu离子与对苯二甲酸和吡啶混合形成MOF材料(Cu2(BDC)2(BPY)n)，通过调节加入乙酸的量调控框架尺寸，可以得到不同尺寸的2D MOF。调节合成-Bottom-up synthesis 16AngPPT模板下载： 2D MOF的的应用用PPT模板下载： MOF晶体的结构与孔道优势，将其热解得到多层类石墨烯堆叠结构。具有高孔隙的二维片层结构和高极性的孔壁。多孔极性可以吸引多硫化物，同时确保电子和离子可以自由转移，从而使氧化还原反应能够可逆进行。18电池Adv.Mater.2017,29,170219电催化Nature Energy 1,16184(2016).超声制备了NiCo双金属原子的2D MOF。由于层状结构的优势，活性位点得以充分暴露，OER活性大幅度提升，过电势在10mAcm-2时仅有250mV。19电催化Nature Energy 1,16184(220气体分离Angew.Chem.Int.Ed.2017,56,9757 9761利用剥离得到了单层2D MOF Zn2(Bim)3，再通过自组装得到了MOF薄膜。由于2D MOF对于CO2的吸附能力很强。该膜随着测试温度的升高，其对氢气透量和混合气体分离选择性同时升高，二氧化碳透量却几乎不变，完全不像其他二维纳米片膜材料那样性能随温度升高而降低。20气体分离Angew.Chem.Int.Ed.20THANK YOU!THANK YOU!THANK YOU!THANK YOU!THANK YOU!