【材料】金属有机框架材料（MOFs）在多次二氧化碳吸附-解吸附循环中的结构稳定性研究
金属有机框架材料（Metal-Organic Frameworks, MOFs）是由金属簇和有机配体通过配位键自组装形成的具有特定结构的多孔材料。这类材料具有高比表面积、规则有序和可调的孔径大小和形状以及易功能化等特点，是目前配位化学和能源材料化学研究中最热门的一个领域之一，在气体储存、二氧化碳捕获、化学传感器、异相催化、电磁和生物医学等领域中有着广泛的应用前景。目前，大部分的基于MOFs的气体储存和分离研究主要集中于提高材料的吸附容量和分离系数。材料本身在多次气体吸附-解吸附循环中的结构稳定性经常被忽视，而这类研究恰恰对于MOFs的工业化应用有着及其重要的意义。近日，新加坡国立大学化工系的赵丹教授和机械工程系的曾开阳教授合作团队利用先进多频原子力显微镜技术研究了MOFs在多次二氧化碳吸附-解吸附循环中的结构稳定性，首次发现了MOFs的材料力学性能对其结构稳定性起着关键的作用。
这项研究首先设计了一个简便的利用气体吸附仪控制CO2多次充放气的程序（图1，左），并通过N2在77 K下的吸附来检测两类MOFs（由铜 46 28867 46 13249 0 0 7327 0 0:00:03 0:00:01 0:00:02 7323离子构筑的HKUST-1和由锆离子构筑的UiO-66）经过长达500次CO2吸附和解吸附循环后其比表面积、CO2吸附容量和孔径的变化（图1，右）。测试结果发现，相比于HKUST-1，UiO-66具有更加优良的结构稳定性。通过先进多频原子力显微镜技术测得，经过500次CO2吸附和解吸附循环后，HKUST-1的平均杨氏模量下降了36%（从19 GPa 下降到12 GPa），而UiO-66的平均杨氏模量始终维持在28 GPa。这充分说明了MOFs的力学性能与其结构的稳定性息息相关。该研究强调了MOFs的材料力学性能在其实际应用中的重要性，对于此类材料在甲烷储存和气体分离方面的应用有着广泛的指导意义。
图1. （左）单次CO2吸附-解吸附程序示意图；（右）HKUST-1和UiO-66在多次CO2吸附-解吸附循环后其比表面积和CO2吸附容量的变化。
这一成果被选为后内封面文章在Chemical Communications 杂志上报道，并被该杂志选为热点文章。文章的共同第一作者是新加坡国立大学化工系胡志刚博士和机械工程系三年级研究生孙瑶。
该论文作者为：Zhigang Hu, Yao Sun, Kaiyang Zeng and Dan Zhao
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Structural-failure resistance of metal–organic frameworks toward multiple-cycle CO2 sorption
Chem. Commun., 2017, 53, 8653-8656, DOI: 10.1039/C7CC04313A
导师介绍
赵丹
http://www.x-mol.com/university/faculty/47846
课题组链接
http://cheed.nus.edu.sg/stf/chezhao/home.html
曾开阳
http://www.x-mol.com/university/faculty/47847
课题组链接
http://www.nusresearchers.com/home
本文版权属于X-MOL（x-mol.com），未经许可谢绝转载！欢迎读者朋友们分享到朋友圈or微博！
长按下图识别图中二维码，轻松关注我们！
点击“阅读原文”，查看 化学 • 材料 领域所有收录期刊