陕西考生网-手机版

西安科技大学杨志远教授/西京学院青年教师鞠晓茜：MOF衍生碳基多孔液体

考生帮

2025-04-18

来源：多孔科研视界多孔科研视界

摘要速览

III型多孔液体（T3PLs）结合了固体和液体的优点，在二氧化碳减排和可持续发展方面引起了人们的关注。一个关键的挑战是通过使用小孔径的孔隙发生器来保持孔隙率，同时避免在溶剂中分散过程中孔隙率的损失。传统的方法需要复杂的合成后修饰，这可能会损害结构的完整性和稳定性。本研究采用不同粒径的MOF-5作为碳前驱体，研究了粒径对金属−有机框架（MOF）衍生碳的影响。MCMOF-5具有内部立方腔和表面致密的石墨烯层，分散在聚（二甲基硅氧烷）（PDMS）中制备T3PLs。由MCMOF-5和PDMS410形成的MCM-410-3%具有良好的二氧化碳吸附能力（1.89 mmol/g，10.0bar，298K）和循环稳定性，得益于发育良好的碳孔和保护石墨层。此外，它还保持了低粘度（108mPa·s)和低密度（0.551 g/cm3）。这种通过煅烧增强多孔固体界面的简单策略为制备提供了一种新的制备方法。

文章亮点

创新设计：通过MOF-5高温碳化制备多孔碳材料，结合PDMS形成永久孔隙，突破传统多孔液体溶剂堵塞难题。
性能卓越：CO₂吸附量显著提升（比纯PDMS提高0.49 mmol/g），且循环6次后性能稳定。
工业潜力：低粘度、低密度，可直接应用于现有工业设备，降低改造成本。

研究背景

温室效应加剧，CO₂捕获技术亟待突破！传统液体吸附剂（如醇胺溶液）存在腐蚀性强、再生能耗高等问题，而固体吸附剂虽吸附能力强，但流动性差。多孔液体（PLs）结合液体流动性与固体永久孔隙，成为研究热点。然而，如何防止溶剂分子占据孔隙仍是难点。本研究通过MOF衍生碳材料的独特结构，成功制备稳定、高效的III型多孔液体，为CO₂捕获开辟新路径！

图文解析

合成不同粒径的MOF-5（小/中/大颗粒），高温碳化获得多孔碳材料（SCMOF-5、MCMOF-5、LCMOF-5），分散于PDMS中，超声搅拌形成均质液体。

MCMOF-5与PDMS410结合（MCM-410-3%）吸附量最高，归因于石墨层保护与PDMS的润滑性。

CO₂/N₂选择性达29，远超传统材料，6次循环后吸附量保持稳定，无需高温再生。

总结与展望

综上所述，利用不同粒径的碳材料（SCMOF-5（MOF-5）），分散在PDMS410、PDMS2k和PDMS6k中，制备了一系列T3PLs，研究了它们在不同条件下的气体吸附性能。MOF衍生碳的石墨烯层可以防止空间受阻的溶剂进入大的内腔。只要用少量的小分子PDMS掺杂，就可以获得较高的二氧化碳吸附能力，在储气应用中具有很高的应用前景。这种简单的热解策略还可以将其他类型的大孔MOFs转化为小孔碳材料，拓宽了T3PLs孔发生器的选择，为T3PLs中孔发生器空间受阻溶剂配对提供了新的见解。此外，它还为二氧化碳捕获材料提供了新的选择，有助于提高环境的可持续性。

标题：Type III Porous Liquids Based on MOF-Derived Carbon for CO2 Capture

期刊：ACS Applied Materials & Interfaces

DOI：https://doi.org/10.1021/acsami.4c19826

— END —