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微波无溶剂将芳基固定在石墨烯上

最近在化学通讯,来自意大利和西班牙的一个国际小组报告了一种非传统的方法,即用微波将芳基固定在石墨烯表面。他们开发的方法很快,效率高,温和无溶剂。

将官能团连接到石墨烯表面,功能化,允许对石墨烯的物理和化学性质进行微调,比如导电性和溶解性。传统的基于溶剂的功能化策略通常涉及耗时的反应和冗长的纯化步骤。石墨烯在溶剂中的悬浮稳定性差,特别是在极性有机溶剂中,极大地阻碍了整体功能化效率。因此,建立简单、无溶剂的石墨烯功能化方案是十分必要的。

M普拉托a.Criado及其同事通过开发微波辅助功能化方法,在应对这一挑战方面取得了突破。他们将石墨烯功能化的方法由多层石墨烯(FLG)和芳基之间的环加成反应组成(图1)。这些反应是通过将FLG的干燥粉末与酸酐的混合物进行的,芳基的前体,然后在微波辐射下快速加热。整个过程无溶剂,半分钟内发生。它也适用于各种芳基(图2)。

图1.微波辅助芳基石墨烯功能化的示意图。这个过程可以在半分钟内完成,并且是无溶剂的。

图2.能够锚定在石墨烯表面的各种芳基。1~6代表芳基酸酐,F-G(7)~F-G(12)是连接在石墨烯上的相应芳基。

所演示的方法最独特的特点是FLG的双重作用。除了作为反应物之一,FLG能够吸收微波能量,使其表面迅速达到高温,显著加速环加成反应。

这种微波辅助功能化方法作为石墨烯表面快速有效调制的垫脚石,具有广阔的应用前景。石墨烯基电子器件的性能。

要了解更多信息,请阅读:

微波诱导无溶剂条件下含芳基的单层石墨烯共价功能化

v.诉SulleiroS.基罗加d.佩尼亚,d.普雷兹e.吉蒂安,a.Criado和M普拉托

化学。共同体。二千零一十八,内政部:10.1039/c7cc08676h

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刘天宇获得博士学位。(2017)加州大学物理化学专业,新利手机客户端美国的圣克鲁斯。他热衷于科学传播,向公众和具有不同研究专长的科学家介绍尖端研究。他是一个网上博客作家化学。共同体。化学。脊髓损伤.有关他的更多信息,请访问网址:liutianyuresearch.weebly.com/.

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催化氧演化的单晶氢氧化镍纳米片

由教授领导的一组科学家。石章桥结合低成本的优点,合成了一种氧演化反应(OER)催化剂。催化活性好,寿命长。这种OER催化剂由直接生长在泡沫镍上的单晶氢氧化镍纳米片组成。这部作品最近发表于化学通讯.

奥尔从水中产生氧气的反应,是使用可持续能源发电装置不可或缺的组成部分(例如燃料电池和光电化学分水电池)。OER反应动力学缓慢,反应途径复杂,是制约整体能量转换效率的瓶颈。像这样的,需要使用OER催化剂来加速OER反应速率。在各种OER催化剂中,贵金属氧化物由于其超高的催化活性而引人注目。然而,“闪亮”的性能因其高成本和短寿命而黯然失色。因此,为了促进可持续能源的利用,需要获得具有可比OER催化活性和长期稳定性的替代品。

为了应对这一挑战,作者们把注意力转向了一种低成本的过渡金属,镍。他们开发了一种水热法,使用镍泡沫来生长高度结晶和接近垂直排列的镍铁氢氧化物纳米片作为OER催化剂(图1a)。氢氧化物纳米片与镍基体之间的无缝结合降低了接触电阻,促进了界面电子转移。近垂直方向(图1b)允许水分子完全接触催化剂。这两种特性都具有很好的催化活性。此外,高结晶度(图1c)确保催化剂足够坚固,能够承受广泛的使用,而不会降低性能。

图1.(a)镍泡沫(nf)支撑的镍铁氢氧化物[铁镍(oh)2]纳米片的合成程序示意图。(b)扫描电子显微镜图像显示在镍泡沫片上的近垂直排列的纳米片。(c)透射电子显微镜图像显示合成催化剂的结晶度。

镍铁氢氧化物纳米片优于大多数最先进的OER催化剂,包括那些含有贵金属元素的。明确地,纳米片的起始电位为1.497 V(图2)。起始电位是对催化活性的测量,等于产生10 ma/cm电流密度所需电位的大小。 (当大量氧气释放时)。显著地,在选择比较的催化剂中,氢氧化镍的起始电位最小。

图2.不同OER催化剂的极化曲线。起始电位用插图中的虚线标记。

催化活性也很稳定,在至少100小时的测量后,没有性能损失。有趣的是,100小时后,起始电位进一步降低至1.465 V。作者将这一观察归因于一个“自我激活”的过程,该过程涉及到在纳米片表面形成和积累氧化镍(NIOOH)。

本文所证明的水热法可用于合成其他具有成本效益的晶体催化剂,以开发用于超出OER的反应的催化剂。比如氢的生成和二氧化碳的还原。

要了解更多信息,请阅读:

独立式单晶Nife氢氧化物纳米片阵列:一种用于氧演化的自激活和强大的电催化剂

金龙柳姚正甄宇望周光璐安东尼·瓦西里夫和史张乔

化学。共同体。二千零一十七,doi:10.1039/c7cc08843d

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通过分离形核和生长过程调整金属有机骨架晶体的尺寸

中国清华大学的一组科学家在提高金属有机骨架(MOF)晶体尺寸的可控性方面取得了突破。

MOF是一类由金属结有机配体配位网络组成的微孔晶体。它们在包括储氢在内的多种应用领域显示出了潜力,催化和电化学储能。由于它们的性能与晶体尺寸密切相关,合成尺寸可调、产率高的MOF晶体是研究尺寸-性能关系的基础。不幸的是,传统的尺寸控制方法要么需要复杂的操作,要么产量很低。

现在在化学通讯,王铁峰和同事演示了一种可以轻松调节MOF晶体大小的方法。这一机制是建立在分离成核和生长过程的基础上的。不同于将所有金属前体和有机配体混合在溶剂中的传统策略,这个新开发的方案最初只将一小部分金属前体与有机配体混合。金属前驱体迅速与周围配体配合形成小的MOF团簇(成核阶段)。由于金属前体的供应有限,这些团簇成长为大晶体是不利的。随后,剩余的金属前驱体被引入含簇溶液中。然后这些团簇继续生长成MOF晶体(“生长”阶段)。因为晶体是直接从小团簇发展而来的(种子)种子的数量和添加的金属前体的总浓度控制产生的MOF晶体大小(图1)。

图1.通过典型的常规方法(顶部)和报告的去耦方法(向下)生长MOF晶体的示意图。

用这种方法,作者制备了一系列尺寸为45-440纳米的Pt@Zif-8 MoF晶体,并研究了它们催化1-己烯加氢反应的能力。定量测定了不同粒径晶体的催化活性。在大小和活性之间观察到线性相关性(图2)。

图2.Pt@Zif-8 MOF尺寸(r)与加氢反应速率(d)之间的线性关系。R0和D0代表最小MOF(45nm)的尺寸和反应速率。

该方法有望用于合成除pt@zif-8以外的MOF晶体。尺寸可调MOF的可用性将有助于机械研究确定不同应用的最佳晶体尺寸。

要了解更多信息,请阅读:

通过分离成核和生长来精确控制单分散金属有机框架晶体尺寸的通用简便策略

萧成兰宁皇王锦福、王铁峰

化学。共同体。二千零一十七,doi:10.1039/c7cc08244d

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双色成像技术在体内对葡萄糖代谢的可视化研究

美国哥伦比亚大学的一组科学家开发了一种最先进的探测技术,可以同时在活细胞中绘制葡萄糖摄取和融合活动。

葡萄糖是大多数生物普遍存在的“燃料”。它的新陈代谢,包括吸收和合并,对维持生物体的能量消耗至关重要。葡萄糖代谢的可视化对临床诊断和基础生物学研究具有重要意义。然而,目前的成像技术对活细胞具有破坏性,分辨力差或不能同时探测吸收和融合。

现在在化学通讯,教授闵伟的研究团队在振动成像技术和受激拉曼散射显微镜的基础上展示了一项突破。该技术利用两种葡萄糖类似物来呈现葡萄糖代谢,这个十三C-标记的3-O-丙炔-D-葡萄糖(3-OPG-十三C)葡萄糖摄取和D7葡萄糖合并。传统的拉曼光谱由于其重叠的拉曼峰而无法区分上述两种物质。作者通过将3-OPG标记为十三C显示出蓝移拉曼峰,从而将其与D7葡萄糖的峰值分离。两个峰值的去耦允许体内以亚细胞分辨率成像和同时观察葡萄糖摄取和融入细胞。

图1显示了为人类癌细胞采集的双色映射图像,PC-3蓝色(A组)和红色(B组)区域显示葡萄糖吸收和吸收发生的区域,分别。通过调整入射光的波数与相应的拉曼峰位置相匹配,可以很容易地得到这两幅图像。将光与其他波数一起使用会导致黑色图像(面板C)几乎不包含有色区域,显示出该技术的优良选择性。此外,这种方法通过比较蓝红比来区分癌细胞和健康细胞。

这一新颖和通用的成像技术有望成为先进生物成像和未来癌症诊断的有用工具。

图1.PC-3细胞的两张彩色图谱图像,突出(a)葡萄糖结合区(拉曼峰:2133cm)。- 1)和(b)葡萄糖摄取区域(拉曼峰:2053 cm- 1)(c)用波数(2000 cm)采集的图像- 1)这与两个拉曼峰都不匹配。比例尺:20微米。

要了解更多信息,请阅读:

利用受激拉曼散射对葡萄糖代谢的双色振动成像

荣龙卢元璋凌艳世易慧神方浩虎陈曾、魏敏

化学。共同体。二千零一十八,内政部:10.1039/c7cc08217g

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钠离子电池用镍泡沫上铋纳米片的无粘结剂集成

合成了一种新型的钠离子电池用铋基电极材料。该电极由铋金属纳米片无缝集成到镍泡沫上组成。电极不含聚合物粘合剂,保持大多数电池电极结构完整性所需的关键部件。这种无粘合剂功能提高了储存的电荷量(即容量)快速充电。

钠离子电池作为一种电能储存装置正吸引着世界各国的研究工作。除了流行的锂离子电池外,因为钠的丰富。与其他电池电极的制备类似,制造钠离子电池电极通常需要粘合剂,例如聚偏氟乙烯(PVDF)将粉末状电极材料固定在一起,并将其粘合到金属支撑基板上。然而,粘合剂的电绝缘性质阻碍电极材料和支撑基板之间的快速电子传输,因此,在快速充电的情况下会降低电池的容量。

现在在化学通讯,南开大学和中国化学科学与工程合作创新中心的研究人员展示了一种不含粘合剂的铋基电极材料。新利手机客户端这个特性是通过原位通过溶液置换反应在镍泡沫上生长铋纳米片(图1)。因为纳米泡直接从镍泡沫表面生长,并牢固地锚定在镍上(图2A),所得的铋镍复合材料可直接用作电极。明确地,铋纳米片和泡沫镍作为活性材料和支撑基底,分别。

铋镍复合材料具有良好的电化学性能。在电流密度为20 mA/g的情况下,它实现了377.1 mAh/g的高容量。明显地,当电流密度增加100倍时,其容量仍能保持206.4 mAh/g,这是在20 ma/g下获得的容量的一半以上(图2b)。这种杰出的容量保持是无粘合剂特性的一个好处,降低了电子传输的阻力。

通过对铋纳米片的研究,阐明了铋纳米片的作用机理。原位拉曼光谱。他们得出结论,两步合金化过程是电荷储存活动的原因。

图1.示意图显示了无粘合剂铋/镍电极的合成过程。通过将一块镍泡沫插入含硝酸铋(III)的乙二醇(EG)溶液中,Bi3+可以替代镍金属,还原成双金属,沉积在镍金属表面。

图2.(a)铋奈米片之扫描电子显微镜图像。(b)显示不同电流密度下铋/镍电极容量的图。

无粘结剂电极的成功合成有望鼓励今后在集成电极材料的设计和合成方面的工作,以提高钠离子电池的性能。

要了解更多信息,请阅读:

就地钠离子电池用泡沫镍铋纳米片的合成

刘斌望陈晨望傅俊丽程方毅、陈军

化学。共同体。二千零一十七,doi:10.1039/c7cc08341f

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制造缺陷以提高氧的释放活性:以Cofe层状双氢氧化物为例

最近,一组科学家在促进金属氢氧化物的氧演化活性方面取得了突破。他们开发了一种简单而有效的方法,将金属氢氧化物浸泡在稀酸溶液中。

氧演化反应(OER)是太阳能驱动的水分裂的关键组成部分,可以持续获得清洁的燃料。-太阳能产生的氢气。某些贵金属氧化物,例如二氧化铱)以及二氧化钌(Ruo)非常好地催化OER。然而,它们的稀缺性限制了它们在大规模应用中的潜力。为了解决成本瓶颈,世界范围内正在研究诸如金属氢氧化物之类的廉价替代品。不幸的是,他们的表现无法与IRO竞争或若果,部分原因是它们在氧气进化中的活性部位有限。像这样的,目前有必要制定策略来促进这些金属氢氧化物的氧演化活性。

图1.一个示意图显示了COFE层状双氢氧化物浸入稀硝酸后的结构变化。酸浸产生铁,CO和O缺陷(以V表示,V有限公司,Vo在图中,以及分离氢氧化物层。

最近,周等。来自中国湖南大学和深圳大学,证明了一种易于酸蚀的方法,能够显著提高COF层状双氢氧化物的析氧活性。当氢氧化物与硝酸接触时,质子除去一些一氧化碳,铁和O原子,留下空位。这些空缺被称为缺陷(图2)。氧气倾向于在这些缺陷处演化,因此有缺陷的氢氧化物显示出改进的氧气演化活性。此外,硝酸盐阴离子可以插在金属氢氧化物层之间,并使相邻层断裂,暴露大量含有缺陷的表面,从而进一步提高氧气的释放活性(图1)。

图2.未经处理的咖啡层状双氢氧化物的透射电子显微镜图像(a,b)和酸蚀的Cofe层状双氢氧化物(c,D)。蚀刻后,氢氧化物纳米板开裂(由于层分离)和表面变得粗糙(由于产生缺陷)。

该方法适用于各种金属氢氧化物。该方法简单、高效,可使含氧催化剂的商品化具有成本效益。

要了解更多信息,请阅读:

富缺陷酸蚀层状双氢氧化物促进氧析出反应

彭舟闫永望晁勰陈辰韩文柳Ru Chen贾火、王双音

化学。共同体。二千零一十七,53,11778-11781.

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用碳“三明治”淡化海水

中国科学家联合小组,日本和澳大利亚最近在海水淡化方面取得了突破。他们设计并合成了一种多层电极,该电极由夹在两个多孔碳颗粒层之间的石墨烯纳米片组成。这种“三明治”电极可用于电容脱盐,以从海水中生产淡水。在报道的石墨烯片基电极中,脱盐能力最高。

电容式海水淡化是一种新兴的海水淡化技术。它去除水溶性盐,主要是氯化钠,通过施加电场将盐移动到电极表面。因为被去除的离子量与电极的表面积成正比,使用具有丰富表面的电极进行电吸附对于获得良好的脱盐性能至关重要。

研究人员利用氧化石墨烯(Go)和分子筛咪唑骨架-8(Zif-8,金属有机框架)作为两个组成部分(图1a)。当溶解在水中时,Zif-8纳米晶体附着在Go表面,完全覆盖了Go纳米片的两侧。这一过程是由两个物种之间的协调相互作用驱动的。成型的Zif-8/Go/Zif-8“三明治”随后在接近1000的温度下退火。oC在氮气中。退火步骤将Go纳米片和Zif-8纳米晶体转变为石墨烯纳米片和多孔碳颗粒层,分别。由于生成的碳颗粒表面存在孔隙,碳“三明治”的表面积高达1360米。g远高于石墨烯片材(150米g)。

图1.(a)显示合成碳“三明治”电极的关键步骤的示意图。2-甲基咪唑Zif-8的构建块。(b)“夹心”电极(NC/RGO)和石墨烯板电极(RGO)的氯化钠浓度变化。当施加电场时,氯化钠浓度开始下降,达到平稳状态;当电场消散时,氯化钠浓度恢复到初始水平。盐浓度随NC/RGO(红色曲线)下降到比RGO(黑色曲线)低得多的水平。

碳“三明治”的脱盐能力达到17.52 mg/g,意味着1克电极可以去除17.52毫克氯化钠。与增强的表面积一致,“三明治”的容量远远高于单用石墨烯的容量(图1b)。更重要的是,在脱盐能力方面,“三明治”电极优于此前报道的所有其他石墨烯片基电极。

这项工作极大地推动了电容脱盐的发展,通过海水脱盐大规模生产淡水的一种有前景且价格合理的技术。

要了解更多信息,请阅读:

基于超薄氮掺杂碳/石墨烯纳米三明治的高性能电容去离子电极

苗望邢涛旭景堂舒金候马里兰州沙里亚尔侯赛因潘立君、山口玉所

化学。共同体。二千零一十七,53,10784-107897

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用“一粒草酸盐”合成锂离子电池用二氧化锡纳米管

锂离子电池管形电极材料的制备是一个具有发展趋势的课题。带有中空圆柱形主体的管子可以暴露电极的内表面,并且可以适应锂离子扩散时常见的大体积膨胀(或者通过插入或合金化)电极。上述两个特性提高了电极的比容量(测量一个电极能容纳多少电能)和寿命。

最近,武汉理工大学MAI研究小组,中国证明了一种简单易行的方法,即合成二氧化锡纳米管作为锂离子电池的高性能阳极。他们采用锰(III)氢氧化物(MnOOH)纳米线作为牺牲模板,将其浸入一批含有锡(II)阳离子和草酸阴离子(C)的水溶液中。o2)之后,他们把混合物加热到60度。oc在恒磁搅拌下搅拌4h,收集到由二氧化锡纳米管组成的白色沉淀物。然后,在对这些纳米管进行性能评估之前,对其进行清洗并涂上碳薄膜以提高其导电性和结构稳定性。

草酸阴离子的存在对于制备形状明确的纳米管至关重要。通过一系列实验揭示了这些阴离子的功能。草酸盐阴离子首先将MnOOH还原为锰(II)阳离子,并在MnOOH表面附近消耗质子。局部质子的消耗增加了局部的pH值,并触发了锡的沉淀和氧化(溶解氧)。2 +对二氧化锡。两种反应继续进行,最后,mnooh纳米线消失了,但在它们的表面形成了锡二氧化物管(图1)。没有草酸盐的样品形状不规则。

图1.(a)二氧化锡奈米管之合成步骤示意图。(b)扫描电子显微镜和(c)已制备的二氧化锡纳米管的透射电子显微镜图像。

碳涂层二氧化锡奈米管与裸二氧化锡奈米管相比表现出优越的稳定性。如图2a所示,容量衰减率较慢。此外,碳涂层并没有显著地降低纳米管的电荷存储性能,因为在所有测试电流密度下,有涂层和无涂层的电极都表现出可比的容量(图2b)。

图2.碳包覆二氧化锡奈米管(sno2@c nts)与裸二氧化锡奈米管(sno2 nts)之性能比较:(a)长期稳定性及(b)在不同电流密度及电荷放电循环次数下之容量。

要了解更多信息,请阅读:

草酸盐辅助制备具有增强储锂能力的均匀碳约束SnO2纳米管

春华汉鲍轩张康宁朝贾神梦秋河潘鹤魏洋七里和李强麦

DOI:10.1039/C7CC05406H

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可以旋转的Janus粒子链,消散与重组

雅努斯是古罗马神话中的神,有两个对立的面孔。它的名字被带到了材料科学中,用两个或多个不同的面标记粒子为“Janus粒子”。新利手机客户端将多个功能集成到一个物理实体中,各种性质的Janus颗粒被广泛用作催化剂,电子元件和其他应用。

报告在化学通信,Bart Jan Ravoo和来自德国威斯特大学的同事利用夹层微接触印刷法开发了一种Janus颗粒胶体组件。以前由同一组报告的策略。Janus粒子组合由Janus粒子链组成,一条链的结构如图1b所示。作者首先用三嵌段共聚物将一批硅微珠封端在相对端(绿色部分如图1所示)。这些共聚物作为臂延伸并连接到功能化磁铁矿(铁o)纳米颗粒。如果两个Janus粒子连接到同一个纳米颗粒上,两个Janus粒子将被磁性粘合在一起。这种连接传播并最终形成Janus粒子链,主要由2到4个粒子组成。

图1.描述Janus粒子链结构的示意图。

人造链对外部磁场和波长不同的光子有反应。链倾向于根据外加磁场的方向排列。如图2a所示,作者成功地绕着磁铁旋转了链条。

此外,使用紫外线和绿色可见光辐射链会改变链的结构。光敏性来源于共聚合物连接器的光致异构化反应:绿光产生粘合剂。反式异构体,而紫外线产生独联体-从磁铁矿中分离出来的同分异构体。因此,链消散成单个的Janus粒子,然后将粒子重新连接在一起,可以很容易地完成(图2b)。

图2.光学显微镜图像显示(a)一个Janus粒子链的磁性和(b)光开关特性。所有比例尺均为10微米。

演示的组件只是Janus粒子组件的冰山一角。作者声称,任何主要的丙烯酸酯都可以用来构建共聚物连接体,从而形成具有多种功能的胶体组件。

要了解更多信息,请阅读:

对光和磁场有反应的胶体分子的自组装

Sven SagebielLucas StrickerSabrina Engel和Bart Jan Rawoo

DOI:10.1039/C7CC04594H

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阐明两种金属有机框架对二氧化碳吸附的稳定性:比较研究

金属有机骨架是由有机配体和金属核组成的配位网络。它们具有晶体结构,金属配合物是基本的构造单元。这些复合物聚集在一起,周期性地延伸形成MOF结构。MOF代表一系列具有超高表面积(通常大于1000 m)的高多孔材料。G- 1)MOF的其他吸引人的特征是丰富的活性金属芯和独特的孔宽可调的多孔结构,适用于气体储存应用。

捕获二氧化碳已经演变成一个有趣的研究领域,主要是由于高水平的温室气体排放引发的环境问题。一些MOF已经作为二氧化碳储存材料进行了探索,其储存能力超过了传统吸附剂的储存能力。(例如胺)除了二氧化碳的吸收能力外,长时间运行的性能稳定性是MOF基吸收剂的另一个优点。然而,这方面的研究有限。现在是第一次,新加坡国立大学曾和赵领导的研究小组比较了两个具有代表性的财政部的业绩稳定性。HKUST-1和UIO-66(ZR)。两个MOF的单元单元如图A的插图所示。

上述两个MOF接受500个二氧化碳吸收和解吸循环(图a)。两个MOF的二氧化碳吸收量在特定循环数(图b)处测量而HKUST-1显示随着循环数的增加,存储容量不断减少,UIO-66(ZR)的产能波动,但保持相对稳定。结果表明,在长期的工作周期中,HKUST-1比UIO-66(ZR)更脆弱、更不稳定。

然后,作者研究了与不同稳定性性能相关的机理。他们首先观察到,HKUST-1的表面积减少了24%,至1270m。G- 1稳定性试验后,而Uio-66(ZR)的相对完整。通过对超纯干氢气进行控制实验,排除了水分引起的结构倒塌的可能原因。然后利用多频原子力显微镜对两种MOF晶体的弹性模量差异进行了分析,得出结论,这两种MOF晶体的弹性模量差异对确定相应的MOF耐久性起着重要作用。Uio-66(ZR)具有弹性模量(CA28 gpa)远高于香港科技大学-1(CA19 GPa)这意味着前者比后者更有弹性。UIO-66(ZR)的高弹性能有效缓冲二氧化碳吸收和解吸引起的体积变形。防止UIO-66(ZR)晶体结构失效。

图形.(a)二氧化碳吸收-解吸试验一个循环的图示。插图显示了一个二氧化碳分子在相应的MOF中的位置。(b)HKUST-1和UIO-66(ZR)的二氧化碳吸收能力(蓝色)和表面积(黑色)的演变。

这项工作有望为研究其他MOF的结构稳定性提供一般性指导,以及与气体储存和分离相关的应用。

要了解更多信息,请阅读:

金属有机框架对多循环CO的结构破坏抗力吸着

支刚虎Yao Sun凯洋增丹朝

DOI:10.1039/C7CC04313A

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