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清洁能源和可持续发展--01

发布时间:2023-06-06 16:11:37      点击次数:190

    物质的纯化、回收和再利用在可持续发展中显然也比较重要。毕竟地球上的资源并不是取之不尽、用之不竭的,如石油的形成需要百万年,太阳的寿命也能估算出。循环利用好现有的资源,创造新的能源是实现可持续发展的重要基础。

    但是随着工业的发展,难免会对环境造成负担。将废物利用、更好地回收现有资源或可利用物不失为一种可行之道。常见化学和物理回收方式包括吸附和结晶等,利用化学键中的静电引力、范德华力、氢键作用、金属耦合、共轭作用、螯合作用、配位络合、聚合和分子自组装等。

    金属有机框架(MOFs)和共价有机框架(COFs) 作为典型的有机框架代表常常被作为聚合物于环境中重金属或其他污染物的分离和纯化。金属-有机框架材料是新材料在金属有机材料(MOM)中的一个重要分类。MOFs是新无机有机材料中研究最热门的一个领域,因为他们将两门经常被分开的化学学科无机化学和有机化学结合了起来。MOFs由有机配体配位的金属原子或原子簇构成一维、二维或三维的结构,可用于气体吸附、气体储存、气体分离、催化剂等领域。 

    共价有机框架(COFs)是一种新型多孔有机材料,它通过强共价键与有机构建单元巧妙地构建而成。晶体多孔结构以及特定的功能为COFs材料提供了在各个领域显示出强大的潜力。

    随着理论水平的提高和AI技术的引入,最近,科学家又对氢键键合的有机框架(HOFs)展开了崭新的研究,自组装从战略上预先设计的分子间互补的氢键模式,正在迅速发展成为一种新型的和重要的一类多孔材料。

   HOFs除了与由模块化结构单元构造的其他官能化多孔材料共有的共同特征之外,固有的柔性和可逆的H-键合连接赋予HOFs简单的纯化程序、高结晶度、溶液可加工性和可回收性。这些独特的优点让HOFs吸引了广泛的领域,包括气体吸附和分离,催化,化学传感,电气和光学材料的相当大的关注。然而,HOFs内相对弱的氢键相互作用可能潜在地限制其稳定性(较易坍塌)和在进一步应用中的潜在用途。因此,设计并开发新型的化学和热稳定的HOFs材料逐渐成为新的研究热点,受到科研工作者的广泛关注。

   HOFs是由有机或金属-有机构建单元通过氢键连接而成的一类晶态的多孔框架材料,其构筑和稳定性涉及到氢键, π-π作用、静电作用和范德华力等常见的分子作用力由于氢键的作用力弱、柔性强和方向性差, 因此目标HOFs结构不但难以准确合成, 而且框架的稳定性一般也比相应的MOFs差得多HOFs的研究最早可以追溯到1969年, Marsh和Duchamp利用均苯三甲酸作为构建单元报道了一例晶态的化合物, 其结构为六边形蜂窝状的氢键网络。直到20世纪90年代初, Wuest等报道了一系列氢键构筑的HOFs后, HOFs材料才开始慢慢发展起来。

   直到2010年左右, HOFs的多孔性才开始逐渐地被建立起来2011年, 陈邦林课题组等首次提出了HOFs的定义并将HOFs作为一类多孔材料(HOF-1)首次应用于乙烯/乙烷的分离。让人们认识到,通过巧妙的设计、规则的合成新型HOFs能有效扩展其应用领域,使其不仅用于液相中,也能应用于气相的分离和纯化。

   至此,HOFs正式以一类新型且独特多孔框架材料的身份展现在科学家的面前。近年来, HOFs吸引了各个领域的科研工作者的关注, 尤其是化学化工和清洁能源等领域,一些具有超高稳定性的HOFs也相继被开发出来, 让HOFs已驶入发展的超车道。


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