MOF的介绍并表征他们的孔隙度

第一次在21次开始时合成^圣世纪以来，金属有机框架(MOFs)仍吸引着大量的研究投资，因为它们越来越多地用于商业意义上。

在所有已知的材料中，具有可亚博网站下载控纳米结构MOFs的晶体大分子具有最大的比表面积¹．这是一个特别吸引人的性质，应用范围从药物递送和催化到气体分离和储存。

开发MOF直接取决于表面积和孔隙率数据，详细和准确。对于该领域的研究人员来说，经典气体吸附技术是一个令人难以置信的有用工具。

本文提供了MOF的介绍以及气体吸附在其特征中的使用方式。关于这种令人兴奋的材料的潜力和他们发展的实用性的独特见解由MIRCEA DINCA博士和该地区领先的研究员副教授给出了他们发展的实用性。亚博网站下载

财政部是什么?

如其名称所暗示的，MOF是由金属离子簇或单个金属离子组装的有机和无机材料的混合物，其作为节点。亚博网站下载这些通过有机连接剂或支柱连接。

在严密控制的反应条件下，MOFs的周期结构自组装。这通常发生在有溶剂的情况下，然而，无溶剂的加工路线也已经商业化¹．

学习如何开发稳定和刚性的结构是MOFS进化中的关键时刻²，但从那时起，合成技术已成为牢固的基础。现在，化学家们可以将各种各样的有机配体和过渡金属拼接在一起，从而制造出具有相对可预测性质的MOFs。

MOF的提供前所未有的灵活性和独特的结构多样性，使它们允许它们产生所需的孔隙率曲线，以便在分子水平施加控制。MOFS的折损性远远超过孔隙度和表面积。为了提高商业上有用的性质，容易掺入诸如亲水性或疏水性的附加功能。

一旦MOF可以永久性多孔的人真正开始认识到不仅要控制孔隙率，而是增强的潜力，例如，电气，吸附或催化性质。MOF的这种可调性是一个重要的商业因素，因为它为知识产权的发展提供了相当大的范围。通过认可，投资促进了重要的社会挑战，即Mofs是独特的，可以帮助我们与传统材料达到性能的极限亚博网站下载

Mircea Dinca博士，麻省理工学院副教授

mfs的潜力

2016年，水果包装系统构成了MOF的第一次商业应用^3.．慢慢地慢慢升高，MOF释放1-甲基环丙烯，其与果实中的乙烯受体结合。

现在还有市售的MOF，用于储存在半导体工业中用作掺杂剂的有毒气体（例如三氟化硼，膦和胂）⁴．这能够减少安全问题，因为它有助于在大于传统上使用的压力下储存的储存。这些申请公平地利基，因此MOF的成本仍然是减少，仍然是商品应用的问题。

降低成本对于MOFs的商业化是重要的，但改变某些关于MOFs是什么和它们不是什么的误解也很关键。例如，MOFs不一定是沸石的替代品，相反，它们在沸石和其他材料可能不合适的地方提供了潜在的应用。亚博网站下载重要的是要认识到不是所有的MOFs都是一样的。MOF也不是所有应用的答案——没有一类材料是——但重要的是，它们的价值不能仅仅因为选择了与预期应用不一致的MOF而被低估。亚博网站下载

Mircea Dinca博士，麻省理工学院副教授

由于可以独特地定制MOF，因此它们保持特定分子，因此它们可用于捕获，分离或储存液体和气体。这意味着存在储存巨大的气体，或者甚至用于使用最小能量输入分离气体。这些可能性提供了大量的范围，用于减少与气体加工相关的能量消耗。

指某东西的用途财政部催化技术已经得到了探索，在不久的将来肯定会有令人兴奋的应用，比如“水收集”，即利用太阳能从空气中提取水¹．

定量表面积和孔隙率

MOF的性能是由其孔隙率和表面积决定的。这意味着测量是至关重要的，而气体吸附被认为是做到这一点的最佳技术。

图1所示。一个通用的体积气体吸附分析仪的简单示意图，从左到右显示脱气，注入歧管，气体吸附到样品上。

通用容积气体吸附装置如图1所示。测量以样品制备 - 除气或脱气 - 通常在略微升高或环境温度下进行。然后使用吸附气体将已知体积的歧管充电至指定压力。然后可以使用气体定律计算存在的气体或摩尔数的摩尔数。

通过将歧管打开到样品管来使能气体吸附到样品中。一旦压力通过使用气体定律差异达到平衡，计算吸附的气体量。

通过在逐渐增加的压力下重复该过程来生产用于材料的吸附等温。这是物料文本特征的独特指纹。显示在图2中是在气体吸附过程中发生在分子水平的过程。

图2。在气体吸附测量中，随着压力的增加，吸附气体逐渐填充样品的孔隙。

通过使用适当的数学理论，可以使用吸附等温线计算孔隙率和表面积。表面积最常用的技术是Brunauer，Emmet和Teller（Bet）理论。为了确定孔径分布，使用孔隙填充的凯尔文模型使用毛毯，joyner和Halenda（BJH）方法。

由孔隙大小、总孔隙体积和比表面积(单位质量表面积)组成的孔隙体积分布包含在生成的参数中。所覆盖的孔径范围从超微孔扩展到大孔(0.3 nm到300 nm)，这很容易覆盖MOFs的兴趣范围。更现代的孔隙大小分布模型是基于统计热力学，并考虑了封闭空间的影响。

使用密度泛函理论来创建孔径计算模型，例如成为一种熟悉的方法。Micromeritics长期开创了NLDFT模型的应用，持续和在NLDFT建模中的持续投资是本公司承诺提供对最佳孔隙素质特征技术的致力的一部分。例如，通过开发第一商业上可获得的MOF模型。

对于MOFs来说，表面积和孔隙率是定义特性的关键，因此气体吸附对于表征新材料和检查现有材料是否已被重复制造，本质上作为QC的代理都是必不可少的。亚博网站下载从研究生阶段开始，我就一直在使用Micromeritics的气体吸附系统，它们提供的可靠性在研究级工具中是相对罕见的。我们的系统需要极少的日常维护，很少发生停机或维修费用。

Mircea Dinca博士，麻省理工学院副教授

MOF应用的气体吸附优化

MOFs的孔隙率和比表面积以物理吸附为特征，化学吸附也可以应用于先进的体系。

在化学吸附中，使用活性吸附气体代替惰性的气体，以定量样品表面上的活性位点的水平。能够在这两个测量模式之间交替实现更高级的MOF表征。例如，这允许作为配体或接头结构的函数研究吸附焓。

更广泛地说，一个单一的分析可以同时利用多个前沿系统提供的气体，以获得更详细的理解吸附位点相互作用的机制。

这些系统提供了高分辨率超微MiCopore和微孔测量所需的精确温度控制和气体管理。它们还可以在低压下准确收集数据，并在低负载下调查行为。当与越来越富有于MOF的软件结合时，这些能力显着提高气体吸附对MOF的优化的贡献。

我们的研究中的一个重要股票是可以用于涉及氨和水的应用的MOF，包括用于热泵和气体面罩的吸附剂，以及可以从空气中产生淡水的技术的开发。Micromeritics帮助我们定制了我们的气体吸附系统，以便我们可以使用水和氨作为吸附气体来获得高度相关的信息。当涉及如此问题并帮助我们充分利用出色的硬件时，公司的响应能力和知识非常有价值。

Mircea Dinca博士，麻省理工学院副教授

展望未来

有一个令人兴奋的前景财政部可以直接回答与交通、污染、能源消耗以及供水和保健相关的社会挑战所提出的问题。

这些有趣材料的孔隙率和表面区域的精确，准确和详细表征对于进展至关重要。亚博网站下载能够有效地提供此信息的分析仪器，因此在建立MOFS商业化方面发挥关键部分。

参考和进一步阅读

1. 斯科特，A'Croun二为Mof商业化'C＆EN，Vol 95，第24页，第18 - 19页，2017年6月19日
2. Yaghi, O ' The New Chemistry of Metal Organic Frameworks (MOFs)https://www.youtube.com/watch?v=bzdih7olp0c.
3. 'MOF Technologies宣布，在2016年MOF的新闻商品中，Decco宣布了全球金属有机框架技术的首次商业应用程序可供选择：https://www.moftechnologies.com/
4. 'ION X.用于下一代电子设备的工程解决方案WhitePaper可供下载：https://www.numat-tech.com
5. 

该信息来源于Micromeritics Instrument Corporation提供的材料，并经审查和改编。亚博网站下载

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