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吉林師范大學(xué)許彥紅教授、謝偉講師及新加坡國立大學(xué)江東林教授：多孔有機聚合物和金屬-有機骨架材料用于碘捕獲的研究進展
2019-05-17  來源：中國聚合物網(wǎng)

  隨著能源需求的快速增長，核能作為一種綠色可靠的能源，長期以來一直受到全世界越來越多的關(guān)注。然而，核工業(yè)中放射性碘的排放威脅著人類健康，有效地捕獲碘近年來引起人們的極大關(guān)注。多孔有機聚合物（Porous Organic Polymers, POPs）和金屬-有機骨架（Metal-Organic Frameworks, MOFs），作為新型多孔材料，在碘捕獲領(lǐng)域是優(yōu)秀的候選吸附材料。鑒于此，吉林師范大學(xué)許彥紅教授和謝偉講師及新加坡國立大學(xué)江東林教授等人系統(tǒng)介紹了POPs和MOFs這兩類多孔材料在高效碘捕獲領(lǐng)域的研究進展。該工作近期發(fā)表在Materials Horizons上。

  多孔有機聚合物（POPs）是由各種有機結(jié)構(gòu)單元通過強共價鍵構(gòu)成，而金屬-有機骨架（MOFs）是由無機構(gòu)建單元（金屬離子或簇）和有機連接體通過中等強度的配位鍵連接而成。POPs和MOFs作為多孔功能材料的新成員，具有獨特的結(jié)構(gòu)特點和功能特性，已在氣體吸附、分離、熒光傳感、光電功能材料及催化等領(lǐng)域顯示出廣泛的應(yīng)用前景。POPs和MOFs材料通常具有高比表面積、可調(diào)的孔徑和孔體積、良好的物理化學(xué)穩(wěn)定性、分子設(shè)計多樣性以及后合成修飾等優(yōu)勢。因此，POPs和MOFs材料為碘捕獲提供了出色的平臺。該綜述系統(tǒng)地總結(jié)了POPs和MOFs這兩類多孔材料在碘捕獲領(lǐng)域的最新研究進展。表1總結(jié)列出了一些性能優(yōu)異的POPs和MOFs材料的孔結(jié)構(gòu)特征和碘吸附能力。

表1. 選出POPs和MOFs材料的孔結(jié)構(gòu)特征及碘吸附性能

Materials

BET surface area (m2/g)

Pore size (?)

Pore volume

(cm3 g-1)

Iodine uptake

(wt.%)

TPB-DMTP

1927

33

1.28

620

TPT-BD-COF

-

-

-

543

TTA-TTB

1733

22

1.01

500

TTPPA

512.39

19.1

0.2997

490

SIOC-COF-7

618

11.8

0.41

481

CalPOF-1

303

-

-

477

COF-DL229

1762

14

0.64

470

ETTA-TPA

1822

14, 27

0.95

470

TPT-DHBD25-COF

-

-

-

465

TTPB

222

19.4

0.127

443

NDB-H

116.93

74.6

0.13

443

TPT-DHBD50-COF

-

-

-

430

NDB-S

56.45

75.5

0.11

425

TPT-DHBD75COF

-

-

-

412

CalPOF-2

154

-

-

406

TPT-DHBD-COF

-

-

-

388

POP-2

41

20, 400

-

382

COP10

-

-

-

380

TFBCz-PDA

1441

15

0.74

370

POP-1

12

20, 400

-

357

CalPOF-3

91

-

-

353

ADB-HS

148.20

62.8

0.14

345

SCMP-II

119.76

20

-

345

ADB-S

41.53

62.9

0.07

342

HCMP-3

82

<10

0.08

336

TTDAB

1.643

17.6-27.0

0.004

313

CalP4_Li

445

-

0.588

312

Tm-MTDAB

2.778

27.9

0.007

304

HCMP-1

430

<10

0.22

291

AzoPPN

400

5.8-12.7

0.68

290

HCOF-1

-

-

-

290

BDP-CPP-1

635

49

0.78

283

HCMP-2

153

<10

0.06

281

Zr6O4(OH)4(peb)6

2650

14.2

1.16

279

COP20

-

-

-

277

PAF-24

-

-

-

276

PAF-23

-

-

-

271

TTA-TFB

1163

16

0.55

270

NAPOP-4

626

12.7

0.15, 1.17

265

PAF-25

-

-

-

260

COP2++

-

-

-

258

CalP3_Li

308

-

0.558

248

NAPOP-3

702

<4.3, 5.8

0.18, 1.01

241

NAPOP-2

458

<4.2, 5.9

0.10, 0.78

239

Azo-Trip

510.4

6.5

0.47

238

BDP-CPP-2

235

30

0.18

223

SCMP-2

855

-

1.50

222

HCMP-4

-

<10

-

222

NRPP-2

1028

7.0

0.81

222

CalP4

759

-

1.08

220

COP1++

-

-

-

212

COP2?+

-

-

-

211

FCMP-600@2

780

17.4

0.665

209

CMPN-3

1368

~20

2.36

208

NAPOP-1

657

<3.9, 7.2

0.25, 1.49

206

NiP-CMP

2630

7.0-12.5

2.288

202

HKUST-1

1850

5.0-13.5

0.74

175

{[(ZnI2)3(tpt)2]

-

-

-

173

MFM-300(Sc)

1250

8.1

0.50

154

HMTI-1

-

18×21

-

150

MFM-300(Fe)

1192

7.8

0.46

129

ZIF-8

1630

3.4-11.6

0.66

125

UiO-66-PYDC

1030

-

0.43

125

MFM-300(In)

1050

7.6

0.41

116

Zr6O4(OH)4(sdc)6

2900

11.9

1.33

107

Zn3(DL-lac)2(pybz)2

762.5

10.5

0.40

101

HMTI-2

-

4×18

-

100

  與傳統(tǒng)的多孔材料相比，POPs和MOFs材料具有明顯的優(yōu)勢，目前已在碘吸附領(lǐng)域顯示出潛在的應(yīng)用前景。但是其碘儲存能力仍有待提高，綜述中作者分析討論了提高POPs和MOFs材料碘捕獲能力的有效策略，如增加材料的比表面積和孔體積；選取具有獨特配置和功能的有機建筑單元，引入化學(xué)官能團以提供高焓結(jié)合位點；以及進一步對POPs和MOFs材料進行后處理等手段。此外，作者還指出了POPs和MOFs這兩類多孔材料在碘捕獲過程中存在的問題和面臨的挑戰(zhàn)，如它們的合成成本較高，大都處于實驗室合成階段，難以大規(guī)模量產(chǎn)實現(xiàn)實際應(yīng)用；另一方面MOFs材料較低的穩(wěn)定性也限制了其工業(yè)應(yīng)用。因此，迫切需要設(shè)計和開發(fā)具有可控形貌和粒徑、化學(xué)耐久性良好及低成本的新型高效吸附材料。作者期望該篇綜述能為科研工作人員提供一些有價值的參考，進一步拓展吸附材料的研究范圍，并在某種程度上為設(shè)計和開發(fā)高效多孔吸附材料提供一些新的思路。

文章信息及鏈接：

W. Xie, D. Cui, S. R. Zhang, Y. H. Xu* and D. L. Jiang*, Iodine capture in porous organic polymers and metal-organic frameworks materials, Mater. Horiz., 2019, DOI: 10.1039/C8MH01656A. 

https://doi.org/10.1039/C8MH01656A

許彥紅研究團隊介紹：

  許彥紅，女，吉林師范大學(xué)教授，東北師范大學(xué)博士生導(dǎo)師。生于1982年1月，2005年在哈爾濱師范大學(xué)化學(xué)系獲得學(xué)士學(xué)位，2009年在東北師范大學(xué)化學(xué)系獲得碩士學(xué)位。2009-2012年在日本綜合研究大學(xué)院大學(xué)學(xué)習(xí)，獲得博士學(xué)位。2012-2014年在日本國立自然科學(xué)研究機構(gòu)分子科學(xué)研究所做博士后。2013年入選吉林省首批“長白山學(xué)者獎勵計劃”。2015年由許彥紅作為帶頭人的“功能微孔聚合物骨架材料”團隊，獲批“吉林省高校創(chuàng)新團隊”。2017年入選吉林省第六批拔尖創(chuàng)新人才(第三層次)。

  該課題組作為吉林師范大學(xué)環(huán)境友好材料制備與應(yīng)用教育部重點實驗室主要成員之一，主要圍繞新型納米多孔聚合物骨架的設(shè)計、合成及其在光電、傳感、氣體吸附、非均相催化等應(yīng)用領(lǐng)域開展研究工作，取得了一些原創(chuàng)性的研究成果，并已在國際頂級期刊Nature Commun.，Chem. Soc. Rev.，J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Commun.等發(fā)表論文30余篇。

  課題組鏈接：http://xuyhktz.com/

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（責(zé)任編輯：xu）
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