浙江大学杨坤副院长课题组撰写的关于一种新型铝基金属有机框架(Al-based MOF)材料的研究,发表在《Nature Communications》期刊上。文章介绍了一种名为ZJU-520(Al)的双壁Al基金属有机框架,它具有大的微孔比表面积(2235 m²/g)和优异的化学稳定性,适用于微量苯的吸附和分离。

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核心内容包括:

  1. 研究背景:双壁金属有机框架(MOFs)是用于微量挥发性有机化合物(VOCs)吸附的潜在多孔材料。然而,已知的双壁MOFs通常使用价格较高且具有毒性的Zn和Co元素合成,而Al元素因其低毒性和自然界中的丰富性,成为了一种更有前景的选择。

  2. 材料合成:通过使用Al(NO3)3·9H2O和4,6-Di(4-carboxyphenyl)pyrimidine(H2DBP)配体合成了ZJU-520(Al)。该材料具有大的微孔比表面积和孔径分布在9.26–12.99 Å范围内。

  3. 结构表征:ZJU-520(Al)属于四方晶系,具有I41md空间群。通过单晶X射线衍射(SC-XRD)分析确定了其晶体结构。

  4. 吸附性能:ZJU-520(Al)在298 K和P/P0 = 0.01条件下,对微量苯的吸附量高达5.98 mmol/g,优于已报道的其他MOFs材料。此外,该材料还展现了良好的再生能力和吸附动力学性能。

  5. 吸附机制:通过Grand Canonical Monte Carlo(GCMC)模拟,研究了苯分子在ZJU-520(Al)上的吸附位点。发现苯分子在AlO6簇附近(I型位点)和配体的N原子附近(II型位点)有两种类型的吸附位点。

  6. 分离性能:ZJU-520(Al)能够有效地从苯和环己烷的混合蒸汽中分离微量苯,这是由于它对苯的吸附亲和力高于环己烷。此外,该材料在至少四次循环后仍保持优秀的分离性能。

  7. 结论:ZJU-520(Al)作为一种新型的双壁Al基金属有机框架材料,具有优异的微孔比表面积、化学稳定性和吸附性能,是微量苯吸附和苯/环己烷分离的潜在材料。

杨坤 (1975.11-),男,求是特聘教授,博士、博导。现任浙江大学环境与资源学院副院长、污染环境修复与生态健康教育部重点实验室副主任。国家优秀青年科学基金获得者, 入选国家万人计划科技领军人才、科技部中青年科技创新领军人才、教育部“新世纪优秀人才”、浙江省“151人才”、国家环境保护专业技术青年拔尖人才和"南太湖精英计划"领军型创新团队负责人,获1项国家自然科学二等奖、5项省部级科技奖励、中国环境科学学会青年科技奖、“Scopus 未来科学之星”环境科学领域银奖和全国百篇优秀博士论文提名奖。2004年6月于浙江大学环境科学系获博士学位。2005年5月至2006年5月在美国麻州大学进行博士后研究工作。2008年4月至2010年4月在美国麻州大学进行访问研究。2010年12月晋升为教授。主要从事污染土壤修复、环境纳米材料、吸附材料与技术、环境界面行为等方面研究工作。至今,已在《Chem. Rev.》、《Environ. Sci. Technol.》、《Water Res.》等国内外著名学术刊物上发表论文150多篇,已被SCI论文引用超过8000次;获10项国家发明专利授权;参加编写出版《环境纳米科学与技术》等6本专著/教材。兼任J. Zhejiang Univ.-Sci. A 副主编和Sci.Total Environ.编委等职。