【MOF-74】功能化、连接及金属氧化物与有机连接单元的变化对金属有机框架低压氢气吸附性能的影响

首页 > 行业动态 > 【MOF-74】功能化、连接及金属氧化物与有机连接单元的变化对金属有机框架低压氢气吸附性能的影响

摘要：
研究人员在77K、1atm条件下，测试了8种MOFs的氢气吸附等温线，探究结构与吸附性能的关联。这些材料均呈现Ⅰ型等温线且无滞后现象，链状IRMOF材料摩尔吸附容量最高达9.8个H₂/化学式单元。有机连接单元功能化对吸附影响较小，而含不饱和金属位点的MOF-74和HKUST-1吸附量更高，低负载下可通过增大金属氧化物电荷梯度、调整孔尺寸提升吸附性能，大孔容仍是必要前提。

研究背景：
1. 行业问题和研究现状：化石燃料依赖引发环境问题，氢气存储是其应用于交通领域的关键瓶颈，现有物理存储方法难以满足需求，化学存储中MOFs等多孔材料受关注，但多数已报道MOFs未被系统研究吸附性能规律。
2. 本文创新：系统探究连接单元功能化、链状结构及金属氧化物单元变化对MOFs吸氢性能的影响，优化合成方法制备克级材料，结合多种表征与吸附测试揭示结构-性能关系。

实验部分：
1. 样品制备：采用溶剂热法，以金属硝酸盐与有机羧酸为原料，在不同溶剂中加热反应（70-100℃，18-40h），经DMF冲洗、特定溶剂活化及真空干燥，制备IRMOF系列、HKUST-1、MOF-74等材料，部分实现克级量产。
2. 吸附测试：77K下采用重量法和容量法，测定N₂和H₂吸附等温线，样品经原位脱气至恒重，气体经分子筛净化，记录压力-吸附量数据并进行浮力校正。
3. 结构表征：通过单晶X射线衍射确定IRMOF-20等结构，粉末X射线衍射验证样品纯度与结晶性。

分析测试：
1. 孔隙特性测试：IRMOF-20 BET比表面积1507m²/g，孔容0.66cm³/g；MOF-74 Langmuir比表面积1132m²/g，孔容0.39cm³/g，多数MOFs孔容大于沸石和活性炭。
2. 吸附性能测试：HKUST-1在1atm下吸氢量达25.4mg/g，MOF-74吸附热最高8.3kJ/mol，链状IRMOF-13孔容填充率达33.5%。
3. 机理揭示：金属氧化物单元是主要吸附位点，孔尺寸缩小、不饱和金属位点可增强吸附作用，吸附热与孔结构、金属位点密切相关。

总结：
1. 主要研究结果：明确了MOFs结构（链状、金属位点、孔尺寸）对低压吸氢性能的影响规律，部分材料吸氢性能优于传统吸附剂。
2. 创新突破：系统阐明多结构因素的影响机制，优化合成与活化方法，实现多种MOFs的高效制备与性能调控。
3. 潜在意义：为设计高性能储氢MOFs提供结构设计准则，推动氢气存储材料的实际应用研究。

Effects of Functionalization, Catenation, and Variation of the Metal Oxide and Organic Linking Units on the Low-Pressure Hydrogen Adsorption Properties of Metal-Organic Frameworks
文章作者：Jesse L. C. Rowsell, Omar M. Yaghi*
DOI：10.1021/ja056639q
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ja056639q

本文为科研用户原创分享用于学术宣传交流，具体内容请查阅上述论文，如有错误、侵权等请联系修改、删除。未经允许第三方不得复制转载。