水吸附对金属有机框架结构与比表面积保留的影响

首页 > 行业动态 > 水吸附对金属有机框架结构与比表面积保留的影响

摘要：
研究考察了7种MOF在室温、最高90%相对湿度下的水吸附行为及再生后的结构变化，发现含铜桨轮、镁和锆的MOF（HKUST-1、Mg-MOF-74、UiO-66及其氨基衍生物）结构稳定性良好，而含锌羧酸盐的MOF（DMOF-1系列、UMCM-1）完全失去结晶度，开放金属位点MOF虽PXRD显示结构保留，但比表面积显著下降。

研究背景：
1. 行业问题和研究现状：MOF在烟气捕集等潮湿环境应用中面临水稳定性难题，部分MOF遇水易降解；现有研究多聚焦单一MOF，缺乏系统的水吸附影响对比分析。
2. 本文创新：系统研究7种不同结构MOF的水吸附稳定性，结合PXRD和BET分析，揭示金属配位环境、官能团对MOF水稳定性的影响机制。

实验部分：
1. 实验项目：MOF合成，采用溶剂热法制备HKUST-1、Mg-MOF-74等7种MOF，按文献优化反应温度（85-125℃）和时间（12-48h），经溶剂交换和活化处理。
2. 实验项目：水吸附测试，在298K、1bar下，用IGA003微量天平测定0-90%RH范围内的吸附-脱附等温线。
3. 实验项目：再生与稳定性测试，按对应温度（100-300℃）动态真空再生MOF，随后进行结构和比表面积表征。

分析测试：
1. PXRD分析：UiO-66及其氨基衍生物再生后衍射峰一致；DMOF-1系列、UMCM-1衍射峰消失，UMCM-1出现Zn(OH)₂特征峰。
2. BET分析：UiO-66表面积损失2%（初始1160m²/g），UiO-66-NH₂无损失（1040m²/g）；Mg-MOF-74损失83%（初始1400m²/g），HKUST-1损失26%（初始1270m²/g）；DMOF-1系列、UMCM-1损失100%。
3. 机理揭示：Zr簇和铜桨轮结构稳定性强；锌羧酸盐配位易水解；开放金属位点MOF的比表面积下降与再生时氧气存在相关。

总结：
1. 主要结果：MOF水稳定性与金属配位环境相关，UiO-66系列稳定性最优，锌基MOF稳定性最差。
2. 创新突破：首次系统对比不同结构MOF的水吸附稳定性，明确金属中心和官能团的影响规律。
3. 潜在意义：为潮湿环境用MOF的设计与筛选提供关键参考，推动MOF工业化应用。

Effect of Water Adsorption on Retention of Structure and Surface Area of Metal−Organic Frameworks
文章作者：Paul M. Schoenecker, Cantwell G. Carson, Himanshu Jasuja, Christine J. J. Flemming, Krista S. Walton
DOI：10.1021/ie202325p
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ie202325p

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。