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聚合物-金属有机框架材料的研究进展

2021-03-06张家赫原野王明王志王纪孝

化工学报 2021年2期
关键词:结构

张家赫,原野,王明,王志,王纪孝

(1 天津大学化工学院化学工程研究所,天津市膜科学与海水淡化技术重点实验室,化学工程联合国家重点实验室,天津化学化工协同创新中心,天津300350; 2 滨州学院化工与安全学院,山东省工业污水资源化工程技术研究中心,山东滨州256600)

引 言

金属有机框架(metal−organic frameworks,MOFs)又称为多孔配位聚合物(porous coordination polymers,PCPs),在近二十年里受到了广泛的关注。MOFs 是由金属离子和有机配体组成的多孔杂化材料[1−2],具有比表面积大、多孔结构规则且多样和孔径可调等多种优势[3−5]。然而,与有机聚合物不同,MOF 晶体的可塑性与力学性能均较差[6]。例如,MOF 催化剂在催化反应中极易破碎并堵塞管道;MOF 膜力学性能不高,极易破碎,使用过程中膜易产生缺陷[7−9]。

为解决上述问题,研究者们起初通过表面接枝改性[10−13]和孔道内封装聚合物链[14−18]等方式,利用柔性的聚合物材料对刚性的MOF 材料进行简单修饰。柔性的有机聚合物具有良好的可加工性,将其引入MOF 材料中可以在一定程度上结合二者的优势,改善MOFs 的力学性能,提高MOFs 的稳定性与可加工性。例如,在催化或药物输送等领域,在MOFs 表面接枝酯类[19−23]、聚N−异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)[12,24−25]和聚乙二醇(PEG)[26−28]等聚合物制备MOFs/聚合物复合材料,能够提高MOF 颗粒在溶液中的分散性、稳定性和力学性能,有效改善由分散性和力学性能差引起的MOF 颗粒破碎或分散不均匀等问题。

然而,由于聚合物与MOFs 之间的相容性较差,仅仅将聚合物作为“客体”引入到MOF 材料中很难实现真正的“无缝融合”[29]。……

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