辐射研究与辐射工艺学报
2024, 42(1): 010203
华北电力大学 环境科学与工程学院, 资源环境系统优化教育部重点实验室, 北京 102206
近年来, 利用石墨氮化碳(g-C3N4)光催化法将易溶的U(VI)还原为难溶的U(IV)来清除铀, 已逐渐成为放射性核素研究的热点。本研究将一种含金属钴的金属有机框架材料(MOFs)作为自牺牲模板, 利用简单热共聚法成功合成了含有Co-Nx构型的CoNx/g-C3N4催化剂。在固液比为1.0 g/L、pH 5.0、可见光照射45 min下, 制备的催化剂(w(Co-MOFs) : w(g-C3N4)=1 : 1)对50 mg/L的U(VI)标准溶液还原率达到100%。从形貌, 微观结构和光学性能等方面对催化剂进行了表征,结果显示, 引入Co有效拓宽了g-C3N4对可见光的吸收范围, 抑制了光生电子与空穴的复合, 从而促进了U(VI)的还原反应。此外, 基于捕获实验深入探究了U(VI)在CoNx/g-C3N4材料表面催化可能的反应机理。研究表明, CoNx/g-C3N4复合光催化剂光学性能优异, 制备方法简单且绿色环保, 对放射性废水中的U(VI)的光催化还原去除效果较好。本工作对后续石墨氮化碳类新型材料的设计、合成与实际应用具有一定的参考作用。
石墨氮化碳(g-C3N4) 金属有机框架材料(MOF) 光催化还原 铀 graphite carbon nitride (g-C3N4) metal organic framework (MOF) photocatalytic reduction uranium
东华大学 材料科学与工程学院, 纤维材料改性国家重点实验室, 上海 201620
室温离子液体具有宽电化学窗口和良好的环境稳定性, 是电致变色器件的理想电解质。然而传统电致变色材料的晶格间隙较窄, 限制了离子液体中大尺寸离子的扩散, 且大离子反复脱/嵌会破坏传统电致变色材料的结构, 导致性能衰减。金属有机框架材料(MOFs)是一种具有拓扑结构的多孔晶态材料, 有望为离子液体中大尺寸离子的传输提供通道。本工作在导电玻璃表面制备了三亚苯类Cu3(HHTP)2 (HHTP=2,3,6,7,10,11-六羟基三苯并菲) MOF薄膜, 并研究了Cu3(HHTP)2薄膜在离子液体电解质中电化学和电致变色行为和性能。结果表明, 相对于传统的LiClO4/PC和NaClO4/PC电解质, Cu3(HHTP)2薄膜在离子液体[EMIm]BF4中表现出更低的接触电阻和更高的离子扩散效率, 电极的着色/褪色速度得到了显著提高(着色时间由10.3 s缩短至8.0 s, 褪色时间由23.6 s缩短至5.2 s)。同时, Cu3(HHTP)2薄膜在[EMIm]BF4中也具有更高的光调制范围和着色效率。这项工作展现出MOFs/离子液体电化学体系在电致变色领域中的潜在应用价值。
金属有机框架材料 薄膜 离子液体 电致变色 MOFs film ionic liquid electrochromism
武汉科技大学资源与环境工程学院，冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室，武汉 430081
二氧化硅(SiO2)膜因其耐高温且孔径可调在分离纯化领域得到了广泛关注，但其表面的无定型结构导致渗透性与选择性相互制约，影响分离效果。以二氧化硅膜为基膜，金属有机框架材料(ZIF-8)对其进行修饰改性，制得SiO2@ZIF-8复合膜，探究了ZIF-8合成条件、ZIF-8添加量及原料液温度对复合膜乙醇渗透汽化脱水性能的影响。结果表明：ZIF-8规则的孔道结构提供了额外的水分子传输通道，复合膜的渗透侧含水率可达99.5%，渗透通量提高至9.6 kg/(m2·h)，分离因子为1 973。采用Arrhenius方程对改性前后膜的渗透通量与温度的关系进行拟合，发现复合膜在渗透汽化过程中水分子的表观活化能更高，随着温度升高水通量增加的更快，分离效果更好。SiO2@ZIF-8复合膜有效改善了无定型网状结构的缺陷，在渗透汽化有机溶剂脱水方面具有广阔的应用前景。
二氧化硅 金属有机框架材料 复合膜 渗透汽化 乙醇脱水 silicon dioxide metal organic framework material composite membrane pervaporation ethanol dehydration
1 1. 中国科学院 上海硅酸盐研究所, 中国科学院能量转换材料重点实验室, 上海 200050
2 2. 中国科学院大学 材料科学与光电工程中心, 北京 100049
固态聚合物电解质具有柔韧性好和易于加工的优势, 可制备各种形状的固态锂电池, 杜绝漏液问题。但固态聚合物电解质存在离子电导率低以及对锂金属负极不稳定等问题。本研究以纳米金属-有机框架材料UiO-66为聚合物电解质的填料, 用于改善电解质的性能。UiO-66与聚氧化乙烯(poly(ethylene oxide), PEO)链上醚基的氧原子的配位作用以及与锂盐中阴离子的相互作用, 可显著提高聚合物电解质的离子电导率(25 ℃, 3.0×10 -5S/cm; 60 ℃, 5.8×10 -4 S/cm), 并将锂离子迁移数提高至0.36, 电化学窗口拓宽至4.9 V。此外, 制备的PEO基固态电解质对金属锂具有良好的稳定性, 对称电池在60 ℃、0.15 mA·cm -2电流密度下可稳定循环1000 h, 锂电池的电化学性能得到显著改善。
复合电解质 聚氧化乙烯 金属-有机框架材料 锂金属电池 composite electrolyte poly(ethylene oxide) metal-organic framework material lithium metal battery
深圳大学 生物医学光子学研究中心/物理与光电工程学院, 光电子器件与系统重点实验室, 广东 深圳 518060
有机钙钛矿太阳能电池(OPSCs)的能量转换效率卓越, 可以媲美单晶硅太阳能电池。但是, 由于有机钙钛矿材料对水和空气十分敏感, 因而当前面临着器件稳定性方面的挑战。金属有机框架(MOFs)与其衍生材料具有开放式孔道结构和非常大的比表面积, 可以添加剂的形式用于电子、空穴传输层和混合钙钛矿-MOF光吸收层, 或作为界面修饰层有效钝化钙钛矿吸收层的缺陷, 并显著提升其能量转换效率及器件稳定性。本文介绍了MOFs的相关知识与MOFs结合OPSCs的研究现状, 重点综述了近五年来MOFs在OPSCs中的应用与进展。
光伏技术 金属有机框架材料 钙钛矿太阳能电池 photovoltaic technology metal organic framework materials perovskite solar cells
北京工业大学材料与制造学部生物医学光子学实验室, 北京市激光应用技术工程中心, 跨尺度激光制造技术教育部重点实验室, 北京 100124
乳腺癌是最常见的恶性肿瘤之一,严重威胁着女性的生命健康。现有的治疗手段以传统的手术、化疗和放疗为主,副作用明显。光动力疗法因创伤小、高选择性和可重复治疗等优点,近年来在癌症治疗领域备受青睐。基于此,本课题组设计了一种新型的金属有机框架载药平台,用于乳腺癌细胞的消融。该金属有机框架材料PCN-224既可以作为光敏剂,也可以作为抗癌药物的搭载平台,以此设计的纳米载药平台对乳腺癌细胞具有双重杀伤效果。首先,将抗癌药物MMAE装载到PCN-224中确定药物负载量,然后比较载药材料PCN@MMAE与单独PCN-224材料的治疗效果。结果表明,在同样的光照条件下,该载药平台能够显著增强杀伤效果,且无明显的暗毒性,有效发挥了光动力治疗和化疗的协同作用。
医用光学 光动力疗法 金属有机框架材料 协同治疗 乳腺癌 激光与光电子学进展
2021, 58(14): 1417002
1 火箭军工程大学 核工程学院, 西安 710025
2 烟台大学 环境与材料工程学院, 烟台 264005
3 苏州大学 放射医学及交叉学科研究院, 苏州 215123
137Cs主要来源于核**试验和核电站产生的放射性废物, 具有高溶解度和高迁移率的特点, 因此从放射性废液中有效去除 137Cs是一项长期的挑战。本研究通过溶剂热法合成了一种二维层状阴离子骨架材料SZ-6, 并对其吸附性能进行了系统的研究。利用单晶衍射仪、X射线衍射仪和扫描电子显微镜等对SZ-6的结构、形貌和稳定性进行了表征与测试。采用批实验研究了水溶液中Cs +的吸附行为。结果表明: 在浓度为10 mg/L的Cs +溶液中, SZ-6的吸附动力学可在5 min内达到平衡, 是目前去除Cs +最快的吸附剂材料之一; SZ-6在pH4~12范围内表现出良好的去除能力; 在过量Na +、K +、Ca 2+竞争阳离子存在的情况下仍具有较好的选择性。
金属有机框架材料 放射性核素 吸附 动力学 Metal Organic Frameworks radionuclide 137Cs 137Cs adsorption kinetics
湖南省人民医院老年医学研究所, 长沙 410016
利用金属-有机框架材料ZIF-8包裹二硫化钼(MoS2)纳米片和阿霉素(DOX)构建一种可通过酸性pH和近红外(NIR)光双触发的肿瘤化学/光热协同治疗体系。首先, 通过水热反应和超声处理制备粒径为~100 nm、厚度为0.3~1.4 nm的MoS2纳米片。然后, 通过一步法将可酸降解的金属-有机框架ZIF-8包裹在所制备的MoS2纳米片上, 并同时装载抗肿瘤药物DOX, 形成装载DOX的ZIF-8包裹MoS2纳米复合物(DOX/MoS2@ZIF-8)。将该纳米复合物应用到肿瘤细胞的化学/光热协同治疗: 当处于酸性条件(例如: 溶酶体中pH大约为5)和NIR激光(780 nm, 2.1 W/cm2)照射的情况下, DOX/MoS2@ZIF-8纳米复合物上包裹的ZIF-8金属-有机框架会发生酸降解, 释放出所包裹的DOX, 细胞质中的DOX可以进入细胞核中诱导细胞凋亡; 同时, MoS2纳米片能够将光能转换为热能, 光致高温同样能诱导细胞凋亡, 因此, 化学/光热协同肿瘤治疗得以实现。细胞存活率试验证明: 该DOX/MoS2@ZIF-8纳米复合物在SMMC-7721细胞上表现出良好的化学/光热协同治疗作用, 能够对肿瘤细胞进行高效地杀伤。
二硫化钼纳米片 金属-有机框架材料 类沸石咪唑酯骨架材料-8 化学/光热协同治疗 酸/近红外光双响应的药物释放 molybdenum disulfide nanosheets metal organic frameworks zeolitic imidazolate framework-8 chemo/photothermal synergistic therapy pH- and NIR laser dual-responsive drug release
