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靜電紡絲+MOF，制備“神奇”的MOF膜材料！
2022-12-23 閱讀(2073)
靜電紡絲+MOF，制備“神奇"的MOF膜材料！
金屬有機框架（MOF）是一類新興的多孔有機-無機雜化材料。近年來，MOF材料一直是研究的熱點，多次登上各大頂刊，在過濾吸附、能源電池、催化等領域都能看到MOF的身影。MOF與靜電紡絲結合，又有哪些新奇的材料呢？
本期主要精選了6篇關于靜電紡MOF材料的最新研究進展和2篇綜述，供大家了解學習。
一、研究進展
1、中國科學院大學張遼云教授等人Adv. Sci.( IF 17.521)：新型原位制備 MOF-天然聚合物復合電解質用于固態鋰金屬電池
?挑戰：金屬鋰因其高比容量和低氧化還原電位而成為鋰電池前景的負極材料。但是，在鍍鋰/剝鋰過程中，由于鋰沉積不均勻而產生的鋰枝晶容易導致電池短路，降低鋰電池的比容量。因此，如何抑制鋰枝晶的形成和生長成為解決鋰金屬電池安全性和提高電池性能的一大挑戰。
?方法：中國科學院大學張遼云&劉薇&崔巍合作采用原位復合方法，設計并制備了一種以改性天然聚合物和ZIF-67為基礎的新型復合膜。其中，采用靜電紡絲制備了一種由海藻酸鋰(LA)和聚丙烯酰胺(PAM)組成的改性天然聚合物。
?創新點1：天然聚合物的極性官能團可以通過氫鍵相互作用，MOFs可以構建鋰離子傳輸通道。因此，與不含MOF的LA-PAM電解質相比，ZIF-67-LA-PAM電解質的電化學穩定窗口在4.5 ~ 5.2 V范圍內變寬，鋰離子轉移數(tLi+)在30℃時從0.326提高到0.627。
?創新點2：ZIF-67-LA-PAM對稱電池在40和100 mA cm?2條件下具有較好的穩定循環性能，LFP電池在10C和20C條件下具有較高的循環倍率。采用NCM811高壓正極的電池可穩定運行400個循環，0.5C時初始放電容量為136.1 mAh g?1。
2、 東北師范大學趙銳ACS Appl. Mater. Interfaces ( IF 10.383)：新型電紡納米纖維吸附劑可有效從水中吸附碘
?挑戰：從水溶液中高效捕獲放射性碘對于核能的可持續發展和環境保護具有重要意義。然而，目前正在探索的吸附劑呈粉末狀，且吸附容量有限，不利于實際應用。
?方法：東北師范大學趙銳副教授構建了含有陽離子季銨基、不帶電胺基和多孔MOF材料(UiO-66-NH2)的新型靜電紡絲纖維吸附劑(N-MOF-PAN纖維)，可有效吸附飽和I2水溶液和I3-水溶液中的碘。
?創新點1：飽和I2溶液在180 分鐘內可去除94.6%的碘，I3-溶液在240 分鐘內可捕獲98.7%的碘。
?創新點2：N-MOF-PAN 纖維在濃縮 KI/I2 水溶液中表現出 3.56 g g-1 的高碘吸收能力，在 Langmuir 等溫線模型中表現出 3.61 g g-1 的高碘吸收能力，超過了許多已報道的水介質中的碘吸附劑。
3、北京科技大學李從舉教授Chem. Eng. J. ( IF 16.744)：多孔碳納米纖維原位負載富含氧空位Co3O4/CeO2異質結構助力Li-O2 電池氧催化
?挑戰：金屬空氣電池和燃料電池因其原材料豐富、能量密度高、價格低、無污染等特性受到了廣泛關注。目前，空氣型陰極的氧還原反應（ORR）以及氧析出反應（OER）是其總體性能提升的主要限制因素。
?方法：北京科技大學李從舉教授團隊采用靜電紡絲、原位生長、高溫退火等方法制備了一種碳納米纖維支撐的Co3O4/CeO2異質結構，有望通過協同雜化及電子耦合效應提高氧催化活性。
?創新點1：MOF多面體在纖維表面的高度分散，且碳化之后得益于揮發性物的揮發，樣品表面出現了較多的孔洞，有利于反應物的傳輸。Co3O4和CeO2納米顆粒位于MOF衍生物的表面，而Co納米顆粒主要分布于纖維基底內，具有的分層多級結構。
?創新點2：復合物具有較多的氧空位，缺陷特性傾向于誘導不飽和配位環境的形成，并作為吸附反應物的催化位點，從而加速電催化過程。
?創新點3：Co3O4/CeO2@Co/N-CNF樣品修飾的鋰氧電池展現了優的電化學性能，包括較低的充放電過電勢（500和1000 mAh g?1中間截止容量下分別為0.87和1.09 V），高放電/充電比容量（100 mA g?1電流密度下為9667.3/9317.3 mAh g?1），優異的長循環穩定性等。
4、上海交通大學黃興溢教授 Sci. Bull. ( IF 20.577 )：具有超高金屬有機框架負載的分層多孔復合織物實現零能耗散熱
?挑戰：從大氣中收集水分，然后通過水分解吸來散熱，是實現零能耗熱管理的一種有效且可行的方法。然而，目前的方法受到吸水率低、水蒸氣透過率（WVTR）低和穩定性低的限制，從而導致熱管理能力低。
?方法：上海交通大學黃興溢教授團隊提出了一種新的濕度控制靜電紡絲方法，制備分層多孔MOF復合材料。該方法可通過濕度控制相分離，更易構建多孔靜電紡絲纖維。
?創新點1：復合織物富含 MOF (75 wt%)，其 WVTR 值可高達 3138 g m?2 d–1。復合織物還表現出穩定的微觀結構和性能。在常規環境下（30℃，60%相對濕度），復合織物在1.5h內吸附水蒸氣再生至飽和值Wsat為0.614g·g-1，對應的等效焓為1705.6J·g-1。
?創新點2：在熱管理測試中，復合材料顯示出較強的冷卻能力，顯著提高了熱電器件、便攜式存儲器件和無線充電器的性能。
5、中國地質大學代云容副教授J. Clean. Prod. ( IF 11.072 )：鐵基金屬有機骨架復合靜電紡納米纖維膜用于吸附和還原水中Cr(VI)
?挑戰：MOFs材料對水中重金屬展現出較好的吸附性能，但粉末狀的MOFs在水中易發生團聚，顯著降低其吸附效率，且在吸附處理后難以從水中分離回收，存在二次污染風險，限制了MOFs在污水處理領域的應用和發展。
?方法：中國地質大學代云容副教授采用水熱合成法制備了Fe-MOFs，然后與PAN溶液進行混合電紡，得到PAN/MOFs納米纖維膜。
?創新點1：PAN/MOF ENFMs能夠快速吸附水中的Cr(VI)，并將其還原為Cr(III)；PAN/MOFs ENFMs對Cr(VI)的吸附是自發的吸熱過程
?創新點2：PAN/MOFs ENFMs在較寬的pH范圍內對Cr(VI)保持較高的吸附能力；Cr(VI)的去除以物理吸附為主，同時伴隨化學吸附。
6、北京大學鄒如強教授Carbon ( IF 11.307 )：CoS納米顆粒包裹N/S摻雜碳納米纖維，實現的鈉存儲
?挑戰：金屬有機框架（MOF）衍生的碳納米材料正在成為鈉離子電池的有前途的負極材料。然而，熱解過程中雜原子的損失和聚集嚴重阻礙了其進一步的應用。
?方法：北京大學鄒如強教授等人利用靜電紡絲將高能MOF結構化成納米纖維，然后進行一步硫化。合成了具有超大層間距（0.422 nm）的CoS納米顆粒包覆N/S摻雜多孔碳納米纖維（CoS/NSCNF），改善了鈉離子的擴散特性和相行為。
?創新點1：將CoS/NSCNF用作鈉離子電池的負極，在6Ag-1電流密度下經過2250次循環后，展現出358.5mAhg-1的優異倍率性能。
?創新點2：與MOF衍生的碳相比，CoS/NSCNF 的豐富的N/S缺陷、擴大的碳間距和連續的一維結構帶來了優異的存儲性能，增強了鈉離子的存儲能力。另外，氮摻雜也有利于 CoS/NSCNF的鈉離子吸附能力，從而提高存儲性能。
