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浙江理工姚菊明高俊阔综述:MOFs基水凝胶气凝胶材料及其应用


  是由有机配体和金属离子或团簇通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙的有机-无机杂化材料。国内外许多杰出的科学家针对MOFs的功能设☆△◆▲■计、可控合成、构效关系以及潜在的应用探索都做了许多杰出的工作。MOFs具有高孔◆◁•隙率、低密度、大比表面积、孔道规则、孔径可调以及拓扑结构多样性等优点,因而在气体存储与分离、催化、传感、药物输送、环境污染物控制等领域都有广泛的应用。关于MOFs的基础研究的深入也引出了其迫切的器件化应用的需求。

  然而,MOFs材料自身易粉化损失、易脆化的特点使其难以进行高效回收或成型加工,这严重阻碍了◆■MOFs材料器件化应用的进程。提高MOF材料的可回收性以及成型加工性日益成为科学家研究的重点。实现MOFs材料的水凝胶/气凝胶化,并获得▲★-●轻质的复合材料,进而•□▼◁▼完成相应的成型加工,被认为是推动MOF材料迈向实际器件▪…□▷▷•化应用的关键手段之一。

  该综述首先介绍了两种MOFs基水凝胶/气凝胶材料的合成策略,即直接混合法(在合成水凝胶/气凝▽◆▼•●◆胶的过程中加入MOFs),以及原位生长法(在水凝胶/气凝胶基◁☆●•○△底上原位生长MOFs)。所合成的水凝胶/气凝胶复合材料为柔性材料,且易于塑形;内部的MOFs晶体的分布是分散且均匀的。

  此外,根据水凝胶/气凝胶基底的不同,对MOFs基水凝胶/气凝胶材料进行了分类。除了MOFs本身可◆●△▼●形成的水凝胶/气凝胶材料外,重点对MOFs/生物衍生有机大分子水凝胶、MOFs/生物相容性水凝胶、MOFs/石墨烯基水凝胶,以及MOFs▼▼▽●▽●/氧化硅基气凝胶、MOFs/石墨烯基气凝胶、MO◇…=▲●Fs/纤维素基气凝胶、MOFs/有机聚合物基气凝胶、MOFs衍生物/气凝胶等材◇•■★▼料做了详细的分类与介绍。

  最后,该综述对MOFs基水凝胶/气凝胶材料广泛的应用领域做了详细的介绍。其中,MOFs▲●…△基水凝胶材料主要应用于创伤愈合、传感、药物运输等领域;MOFs基气凝胶材料主要应用于能源存储、催化、水处理、气体吸附等领域。与传统的MOFs粉末相比,MOFs基水凝胶/气凝胶材料不但能够维持甚至优化应用性能,同时可以很好地塑形、回收以及△▪▲□△二次利用,这大大解决了MOFs材料本身易粉化损失、易脆化的问题。

  该综述系统地总结了MOFs基水凝胶/气凝胶材料的发展现状,第一作者为浙江理工大学材料学院的青年教师王炉煜博士,浙江理工大•☆■▲学材料学院高俊阔教授、姚菊明教授和新加坡南洋理工大学材料科学与工程学院张其春教授为共同通讯作者。


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