楊　強(qiáng)　張美云　宋順喜

(1.陜西科技大學(xué)輕工與能源學(xué)院,陜西省造紙技術(shù)及特種紙品開(kāi)發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西西安,710021；2.華南理工大學(xué)制漿造紙工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東廣州,510640)

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·金屬有機(jī)骨架化合物·

金屬有機(jī)骨架化合物及其在特種紙中的潛在應(yīng)用

楊強(qiáng)1張美云1宋順喜2

(1.陜西科技大學(xué)輕工與能源學(xué)院,陜西省造紙技術(shù)及特種紙品開(kāi)發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西西安,710021；2.華南理工大學(xué)制漿造紙工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東廣州,510640)

金屬有機(jī)骨架化合物(Metal-organic frameworks,MOFs)具有制備簡(jiǎn)單、孔隙度高、比表面積大、易于修飾、結(jié)構(gòu)多樣、孔徑可控等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于氫氣儲(chǔ)存、氣體分離、催化、探測(cè)、熒光等領(lǐng)域。本文綜述了MOFs的結(jié)構(gòu)、組成、制備方法及其性能,并提出了MOFs在儲(chǔ)氫特種紙、廣譜抗菌特種紙、有害氣體分離特種紙、光致變色特種紙、高效探測(cè)特種紙領(lǐng)域中的潛在應(yīng)用。

金屬有機(jī)骨架化合物；紙張；儲(chǔ)氫；分離；催化劑

(*E-mail: yq_sust@163.com)

金屬有機(jī)骨架化合物(Metal-organic frameworks,MOFs)是一種新型的多孔配位聚合物,同沸石結(jié)構(gòu)相類似,具有來(lái)源豐富、制備簡(jiǎn)單、比表面積大、孔洞尺寸可控以及骨架規(guī)模的可修飾性等優(yōu)點(diǎn),在氣體吸附分離、催化劑、傳感、藥物輸送、非線性光學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。因此,MOFs已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注[1]。

MOFs作為一類具有廣泛應(yīng)用潛能的新型有機(jī)-無(wú)機(jī)多齒配位材料,其孔道是由金屬和有機(jī)配體共同構(gòu)筑而成,對(duì)有機(jī)反應(yīng)具有更大的選擇性。通過(guò)改變金屬中心和有機(jī)配體,可以獲得比類沸石分子篩結(jié)構(gòu)材料尺寸范圍更廣的MOFs。其次,MOFs的制備方法簡(jiǎn)單多樣,無(wú)需進(jìn)行相關(guān)的交換處理,比制備沸石類材料更方便容易。雖然,MOFs在相關(guān)領(lǐng)域已經(jīng)成為了研究熱點(diǎn),但是在特種紙領(lǐng)域的研究幾乎為空白。

文章主要綜述了MOFs的合成及其氣體儲(chǔ)存、氣體分離、催化、光學(xué)特性等優(yōu)異性能,并對(duì)其在特種紙領(lǐng)域的潛在應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)。

1　MOFs簡(jiǎn)介

1.1MOFs

MOFs是由金屬離子或離子簇與含羧酸、氮的有機(jī)配體之間通過(guò)配位作用自組裝形成的具有周期性排列的網(wǎng)絡(luò)框架晶態(tài)材料。MOFs結(jié)合了無(wú)機(jī)與有機(jī)材料的優(yōu)點(diǎn),具有結(jié)構(gòu)與組成上的多樣性、比表面積大和適應(yīng)于不同分子的孔徑尺寸可調(diào)節(jié)性。MOFs的研究是交叉領(lǐng)域的研究,MOFs涵蓋了無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、材料學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域。MOF-5(Zn-BDC)是研究最為廣泛的一種MOFs,圖1為MOFs(Zn-BDC)的2D和3D結(jié)構(gòu)圖。

圖1　Zn-BDC的2D和3D結(jié)構(gòu)圖

與傳統(tǒng)的沸石分子篩相比,MOFs的尺寸范圍更廣,通過(guò)對(duì)孔徑結(jié)構(gòu)和尺寸的控制,MOFs具有更強(qiáng)的應(yīng)用性。從物理性質(zhì)而言,MOFs比傳統(tǒng)沸石分子篩具有更加特殊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),其內(nèi)部金屬中心與有機(jī)配體的排列更加規(guī)范有致；從化學(xué)性質(zhì)而言,金屬中心與有機(jī)配體之間具有更高的反應(yīng)活性。

通過(guò)選擇不同種類的金屬中心和有機(jī)配體,可得到不同種類和功能性的MOFs。其次,通過(guò)對(duì)有機(jī)配體的設(shè)計(jì)可以對(duì)MOFs孔洞尺寸進(jìn)行精確的調(diào)節(jié)；通過(guò)對(duì)有機(jī)配體的后功能化修飾,可以賦予MOFs新的性質(zhì)。陳馳等人[2]采用緊束縛近似計(jì)算方法研究了不同官能團(tuán)修飾后對(duì)MOFs吸附性能的影響,結(jié)果表明,官能團(tuán)修飾后能夠提高M(jìn)OFs對(duì)二氧化碳?xì)怏w的吸附能力,這與官能團(tuán)活性以及局部位型緊密相關(guān)。

1.2制備方法

MOFs的制備方法有多種,根據(jù)反應(yīng)條件的不同,具體可以分為擴(kuò)散法[3]、溶劑熱法[4]、微波法[5]、電化學(xué)法[6-7]及超聲法[7]等幾類,具體的制備過(guò)程和特點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1　MOFs的制備方法

2　MOFs的功能

2.1氫氣儲(chǔ)存

MOFs的吸附機(jī)理在于其本身具有一定的有機(jī)吸附位點(diǎn)和不飽和的金屬開(kāi)放位點(diǎn),在吸附過(guò)程中,首先吸附在有機(jī)吸附位點(diǎn)上,然后逐漸填充不飽和的金屬開(kāi)放位點(diǎn)[8]。MOFs的儲(chǔ)存功能,主要集中在對(duì)氫氣、甲烷等燃料型氣體的儲(chǔ)存。O. U. Yaghi等人[9]通過(guò)對(duì)不同種類骨架的MOFs的儲(chǔ)氫能力做比較,發(fā)現(xiàn)不同的官能團(tuán)也能夠影響MOFs的氫氣儲(chǔ)存能力,這也說(shuō)明了有機(jī)骨架后修飾化的重要性。

2.2氣體分離

利用氣體具有不同的分子尺寸的特點(diǎn),氣體混合物通過(guò)MOFs時(shí),各組分滲透性能的差異性可以實(shí)現(xiàn)組分分離?；旌衔锝M分通過(guò)MOFs的機(jī)理(見(jiàn)圖2)主要有Knudsen擴(kuò)散、分子篩篩分和表面擴(kuò)散流[10],其中以分子篩篩分效果最佳。

圖2　MOFs的氣體分離機(jī)理

2.3催化性

MOFs的催化性能可以通過(guò)金屬中心和有機(jī)配體協(xié)同來(lái)完成。MOFs的金屬中心具有不飽和電位,而其有機(jī)配體分子能夠給出孤對(duì)電子或多個(gè)不定域電子,同時(shí)金屬中心有較易轉(zhuǎn)移的電子和空位,因此MOFs具有較好的酸堿催化性能和配位催化性能。S. Aguado等人[11]利用鑭系元素具有較強(qiáng)的催化活性這一特點(diǎn),通過(guò)使用水熱法將二磺酸萘的鈉鹽和鑭系硝酸鹽水合物配位合成了3種具有催化性能的MOFs。

2.4光學(xué)特性

MOFs的光學(xué)特性主要體現(xiàn)在MOFs具有光致變色的性質(zhì)。MOFs的光致變色機(jī)理主要是通過(guò)其有機(jī)配體完成。有機(jī)光致變色化合物主要包括含有吡喃環(huán)、吡螺環(huán)和多個(gè)不飽和雙鍵的有機(jī)物及其衍生物,它們?cè)诠庵伦兩倪^(guò)程中,某些特征化學(xué)鍵會(huì)斷裂、重組,從而發(fā)生光致變色現(xiàn)象,圖3是幾種有機(jī)配體的光致變色過(guò)程。A.LAN等人[12]研究了[Zn3(CPBPY)2(p-BDC)2.5(OH)]·5H2O的光致變色的性質(zhì)。此化合物的結(jié)構(gòu)由紫羅堿和羧酸構(gòu)成,其緊密堆積的二重金剛石穿插結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了給體-受體的電子轉(zhuǎn)移橋。光激發(fā)時(shí),化合物的顏色由黃色變?yōu)樗{(lán)綠色。

圖3　幾種有機(jī)配體的光致變色過(guò)程

3　MOFs在特種紙中的潛在應(yīng)用

MOFs的各種優(yōu)異性質(zhì)日益受到人們的廣泛關(guān)注,如何將MOFs應(yīng)用于實(shí)際工業(yè)材料的生產(chǎn)仍舊是要迫切解決的難題。現(xiàn)有的研究中,一般將MOFs生長(zhǎng)在用酸堿修飾后,裸露出羥基等活性基團(tuán)的硅片、玻璃、多孔氧化鋁、TiO2、陶瓷等基板上,雖然這對(duì)MOFs的產(chǎn)品化生產(chǎn)有利,但是固定于上述硬質(zhì)基板上的MOFs材料具有質(zhì)量大、生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成本高的缺點(diǎn)。相對(duì)于上述幾種基板,紙張具有質(zhì)輕、可循環(huán)使用、無(wú)需酸堿修飾、表面有大量活性基團(tuán)等優(yōu)點(diǎn),無(wú)疑成為MOFs產(chǎn)品化生產(chǎn)最佳的選擇。

C. Wang等人[13]采用綠色原位沉積法制備了銅系金屬有機(jī)骨架材料-纖維素纖維(HKUST-1-CF)復(fù)合材料,XPS、XRD、FT-IR的分析表明,HKUST-1通過(guò)不使用DMF的綠色方式生長(zhǎng)在纖維表面,合成的HKUST-1-CF復(fù)合材料對(duì)大腸桿菌和葡萄球菌有優(yōu)異的抗菌性。

L.E. Lange等人[14]制備了MOF(Cu3(BTC)2)與棉纖維的復(fù)合體(MOF-cotton),并采用多金屬多氧酸簇化合物(POM,[PW12O40]3-)對(duì)MOF-cotton進(jìn)行功能化修飾,考查其潤(rùn)濕性和H2S分離能力。結(jié)果表明,功能化復(fù)合棉纖維的潤(rùn)濕性顯著增強(qiáng),水的接觸角降至11°,H2S分離效果增至0.089 mg。

da Silva Pinto M等人[15]考查了MOF-199(Cu-BTC)在纖維素基材上的生長(zhǎng)機(jī)制。XRD、XPS的表征表明，MOFs是通過(guò)陰離子羧酸基團(tuán)附著在纖維表面的,纖維中的羥基能夠增強(qiáng)晶體的生長(zhǎng)穩(wěn)定性。

P. Küsgens等人[16]采用原位生長(zhǎng)法制備了Cu-BTC-硫酸鹽紙漿復(fù)合纖維,選用漂白硫酸鹽漿和未漂硫酸鹽漿考察了MOF-Cu在紙漿纖維表面的沉積狀況。結(jié)果表明,紙張作為一種廉價(jià)、柔韌的載體,能夠與MOFs結(jié)合,應(yīng)用于過(guò)濾。

本課題組在實(shí)驗(yàn)室中已將Zn與對(duì)苯二甲酸(H2BDC)配位的MOF-5(Zn-BDC)復(fù)合在不同加填量、不同填料種類的復(fù)印紙上,并對(duì)其結(jié)合方式、熱穩(wěn)定性和吸附性等進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,紙張纖維與MOF-5之間主要是以氫鍵的方式相互鍵接,氫鍵的存在增強(qiáng)了復(fù)合后功能紙的熱穩(wěn)定性和吸附性。

3.1儲(chǔ)氫特種紙

現(xiàn)在使用的能源主要有化石能源、核能源、太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能和天然氣等。但是化石能源的消耗日益枯竭,且污染嚴(yán)重；核能源一旦發(fā)生泄漏,其危害難以估量；太陽(yáng)能、風(fēng)能和水能等對(duì)于地域的限制性較高；天然氣是使用最廣泛的清潔能源,然而天然氣燃燒后產(chǎn)生的大量溫室氣體。相比而言,氫能源因?yàn)榫哂懈叩娜紵裏?123 MJ/kg,是甲烷的3倍)、零燃燒污染的優(yōu)勢(shì)逐漸成為能源替代的最佳選擇。在現(xiàn)有研究中,能夠作為儲(chǔ)氫材料的主要有金屬氫化物、儲(chǔ)氫合金、籠狀水合物和MOFs 4類[17]。

金屬氫化物是指在一定條件下,堿金屬或堿土金屬與氫氣發(fā)生反應(yīng),通過(guò)金屬自身的不飽和位點(diǎn)“捕捉”氫氣,從而達(dá)到儲(chǔ)存氫氣的目的。儲(chǔ)氫合金具有與金屬氫化物相同的吸附機(jī)理,但是其對(duì)金屬的選擇具有多樣性(鋯系、鈦系、稀土系等)。籠狀水合物是一種在嚴(yán)苛條件(溫度、壓力、氣體飽和度、水鹽度、pH值等)下,由水或冰和氫氣分子反應(yīng)生成的類似冰的、具有籠形結(jié)構(gòu)的固態(tài)化合物。與上述三者相比,MOFs因?yàn)榫哂兄苽浜?jiǎn)單、性質(zhì)多樣、來(lái)源廣泛和孔徑可控的特性,成為最具有潛力的儲(chǔ)氫材料。H. Furukawa等人[18]以鋅(Zn)為金屬中心,通過(guò)調(diào)節(jié)有機(jī)配體,采用原位生長(zhǎng)法成功制備了MOF-210。研究結(jié)果顯示，在7.7 MPa壓力下,MOF-210的氫氣吸附量最大為17.5%,具有優(yōu)異的氫氣儲(chǔ)存性能。

紙張是由纖維通過(guò)氫鍵的方式組成的具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的可循環(huán)使用的綠色材料。制備具有氫氣儲(chǔ)存功能的儲(chǔ)氫特種紙有兩種方式：①采用原位生長(zhǎng)法等將MOFs和纖維以化學(xué)鍵的方式相鍵接；②MOFs作為新型填料,與纖維在有機(jī)相中抄造成紙。

MOFs功能化的紙張具有較強(qiáng)的儲(chǔ)氫性能。該種儲(chǔ)氫紙其儲(chǔ)氫貢獻(xiàn)由3部分構(gòu)成：MOFs儲(chǔ)氫量、紙張儲(chǔ)氫量和常規(guī)填料儲(chǔ)氫量。在整個(gè)儲(chǔ)氫體系中,MOFs的儲(chǔ)氫能力占主導(dǎo)地位。紙張中存在大量由纖維交織而成的孔洞,當(dāng)氫氣分子通過(guò)纖維-纖維孔洞時(shí),會(huì)和纖維-纖維孔洞壁發(fā)生碰撞,在碰撞的過(guò)程中,纖維上裸露的活性基團(tuán)會(huì)“抓住”部分氫氣分子,達(dá)到儲(chǔ)氫的目的。填料因本身具有一定的比表面積、表面上具有一定的孔洞,因而作為一種優(yōu)良的填料加填在紙張中,從而提高紙張的比表面積、松厚度等性能。高比表面積填料的加入,不僅能夠增加紙張結(jié)構(gòu)中孔隙的數(shù)量,提高紙張的比表面積,而且其存在的孔洞也能夠吸附部分的氫氣?；谏鲜隼碚?可以利用MOFs制備質(zhì)地輕柔、造價(jià)低廉、便于運(yùn)輸?shù)膬?chǔ)氫紙。

3.2廣譜抗菌紙

抗菌紙是具有殺滅或抵抗抑制微生物作用的一類功能紙基材料。傳統(tǒng)使用的抗菌劑主要有：無(wú)機(jī)抗菌劑和有機(jī)抗菌劑兩類。通過(guò)將無(wú)機(jī)抗菌劑和有機(jī)抗菌劑配位合成MOFs,而制備合成的MOFs具有更優(yōu)的抗菌性能。H.S. Rodriguez等人[19]通過(guò)原位生長(zhǎng)法將以Cu2+為金屬中心的MOF-199與羧甲基功能化的纖維素纖維相復(fù)合,發(fā)現(xiàn)整個(gè)功能化的纖維能夠抑制液體培養(yǎng)基上大腸桿菌的生長(zhǎng),證明MOFs具有良好的抗菌性能。表2對(duì)比了傳統(tǒng)抗菌劑和MOFs,從表2能夠看出,與傳統(tǒng)抗菌劑相比,MOFs具有來(lái)源豐富、選擇性高、協(xié)同抗菌能力強(qiáng)的特點(diǎn)。

表2　傳統(tǒng)抗菌劑和MOFs的對(duì)比

MOFs特有的金屬中心和有機(jī)配體相配位的結(jié)構(gòu),可以促使選擇更為廣泛的具有抗菌性能的無(wú)機(jī)粒子為金屬中心,選擇不同的有機(jī)抗菌劑為配體,能夠制備豐富的具有抗菌性能的MOFs。其次,將選擇的有機(jī)抗菌劑后功能化,然后與紙張、纖維相互復(fù)合,制備具有抗菌性能的MOFs功能化紙張。

傳統(tǒng)抗菌紙的制備工藝主要有表面加工法、濕部加填法和纖維改性工程法3種[20]。MOFs修飾抗菌特種紙的制備方法有：原位生長(zhǎng)法、二次晶種法、逐層生長(zhǎng)法和旋轉(zhuǎn)納米晶法等,制備工藝多樣,選擇性高。表3列出了兩類抗菌紙制備工藝的對(duì)比。

表3　抗菌紙制備工藝對(duì)比

以具有抗菌性能的MOFs修飾的特種紙,其抗菌性能由兩部分組成：MOFs的抗菌性能、纖維固有的抗菌性能。其中,MOFs的抗菌能力優(yōu)先,纖維固有的次之,二者協(xié)同抗菌。

3.3有害氣體分離紙

如何有效地對(duì)溫室氣體、汽車尾氣、家居裝飾甲醛氣體等有害氣體進(jìn)行分離吸附處理是需要迫切解決的問(wèn)題。傳統(tǒng)使用的有害氣體分離劑包括兩類：無(wú)機(jī)物類(硫酸鋇、沸石、二氧化硅和硅藻土等)和有機(jī)物類(檸檬酸和樹(shù)脂類添加劑等)。表4總結(jié)了傳統(tǒng)有害氣體分離紙[21-22]。

表4　傳統(tǒng)有害氣體分離紙

從表4可以發(fā)現(xiàn),傳統(tǒng)有害氣體分離紙使用范圍較窄,無(wú)法有效地“定向”分離某種有害氣體,這與其分離劑種類單一、孔徑不可控有關(guān)。制備傳統(tǒng)有害氣體分離紙的工藝方法與制備傳統(tǒng)抗菌紙的方法類似,主要包括兩種：濕部加填無(wú)機(jī)物法和表面浸漬有機(jī)物法。

MOFs對(duì)不同氣體的分離機(jī)理在于：不同的氣體分子,其具有不同的分子自由程。通過(guò)針對(duì)想要分離的氣體分子尺寸,設(shè)計(jì)MOFs的金屬中心和有機(jī)配體,當(dāng)多組分氣體通過(guò)MOFs孔徑時(shí),可以達(dá)到“分子篩篩分”的效果,即小于設(shè)計(jì)的孔洞直徑的分子可以通過(guò),大于該直徑的氣體則被截留。C. Banglin等人[23]制備了一種MOFs材料Cu(fma)(4,4′-BPE),該結(jié)構(gòu)由二羧酸根陰離子組成二維結(jié)構(gòu),并且利用二吡啶構(gòu)建具有孔道的三維結(jié)構(gòu)。通過(guò)改變二羧酸根陰離子和吡啶配體的含量,制備出一系列不同孔隙直徑的MOFs,研究表明,以Cu為金屬中心,不同含量吡啶為配體的MOFs能夠大量地吸附氫氣,但幾乎不對(duì)CO、N2產(chǎn)生吸附。

通過(guò)采用化學(xué)方法將MOFs與紙張中的纖維鍵接,或者作為新型填料將MOFs加入紙漿中,可以有效地把MOFs和纖維的特性銜接起來(lái)。將MOFs應(yīng)用在有害氣體分離紙中具有分離效果好、適用范圍廣、綠色可循環(huán)使用的特點(diǎn)。

3.4光致變色紙

光致變色現(xiàn)象是指單一的化學(xué)物質(zhì)在兩種具有明顯不同的吸收譜帶狀態(tài)之間的可逆變化,光照前后,化學(xué)物質(zhì)會(huì)發(fā)生顏色的變化。硝基等有機(jī)色團(tuán)和金屬鹵化物[24](AgCl、CuCl)等均能引起光致變色現(xiàn)象。

目前,應(yīng)用于紙張的光致變色材料主要包括兩類：無(wú)機(jī)光致變色防偽材料[25](過(guò)渡金屬氧化物、多金屬氧酸鹽類)和有機(jī)光致變色材料[26](開(kāi)環(huán)-閉環(huán)型、異構(gòu)型和氧化還原型)。自科學(xué)家Fritzsche在1867年發(fā)現(xiàn)光致變色現(xiàn)象以來(lái)[27],這類材料一直沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用,這與其單一光致變色體系有著巨大關(guān)系。表5列出了現(xiàn)有光致變色材料的優(yōu)缺點(diǎn)。

表5　現(xiàn)有光致變色材料的對(duì)比

MOFs作為新型光致變色化合物,具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、耐久性、抗疲勞和反復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)。組成MOFs的有機(jī)配體可以功能化修飾,將能夠引起光致變色現(xiàn)象的基團(tuán)引入MOFs的“骨架”中,以及選用無(wú)機(jī)光致變色材料為金屬中心,不僅能夠制備具有光致變色性能的MOFs,而且可以提高光致變色體系的各項(xiàng)性能。Lu等人[28]采用溶劑熱法制備了一種具有高熒光性能的Zn2(BPDC)2(BPEE),結(jié)果表明,該MOFs對(duì)2,4-二硝基甲苯等具有優(yōu)異的檢出效果。

制備基于MOFs修飾的具有光致變色性能的特種紙,可以應(yīng)用在防偽紙、pH指示、染料鑒別、熒光檢測(cè)有機(jī)物和輻射檢測(cè)等方面,具有高效、快捷、檢出成功率高、操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)。

3.5高效探測(cè)紙

MOFs的孔洞對(duì)不同的客體分子具有不同的“適應(yīng)性”,與不同客體分子相接觸后,隨著客體分子的種類和含量的變化產(chǎn)生性能選擇性的變化,MOFs則可以作為該客體分子的探測(cè)材料。MOFs孔洞尺寸的可精確調(diào)節(jié)性,使能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同分子選擇性的探測(cè)成為可能。

Qiu等人[29]利用原位生長(zhǎng)法將以Cu為金屬中心的MOFs生長(zhǎng)在修飾后的銅片上,待其火化后,與鋁電極組裝成電容器,應(yīng)用于對(duì)不同濕度氣體的探測(cè)。研究結(jié)果表明,MOFs復(fù)合體吸收空氣中的水分子后,會(huì)發(fā)生電學(xué)性能的變化,具有較高的靈敏度,其電容與環(huán)境相對(duì)濕度呈現(xiàn)線性關(guān)系。

Zhu等人[30]以六水合硝酸鋅為金屬中心,均苯三甲酸為有機(jī)配體,在鋅片上制備了Zn-BTC,并研究了具有不同揮發(fā)性的有機(jī)物在乙醇溶液中的熒光性能。結(jié)果表明,當(dāng)能夠通過(guò)MOFs孔洞的小分子有機(jī)物上含有胺基時(shí),其在進(jìn)入孔洞后,會(huì)與MOFs結(jié)構(gòu)中的羧基發(fā)生氫鍵結(jié)合,同時(shí)與金屬鋅中心發(fā)生作用,該過(guò)程中MOFs的發(fā)光強(qiáng)度與有機(jī)物小分子的濃度呈反比,而不能通過(guò)孔洞的大分子則無(wú)影響。

基于MOFs的探測(cè)特種紙,可以通過(guò)光學(xué)性能的變化、電性能改變、紙張顏色變化、紙張質(zhì)量變化等,實(shí)現(xiàn)快速、有效、靈敏的檢測(cè)。

4　結(jié)　語(yǔ)

金屬有機(jī)骨架化合物(MOFs)作為一種新型的多孔材料,受到了廣泛的關(guān)注。MOFs制備方法簡(jiǎn)單,采用金屬離子和有機(jī)配體直接通過(guò)配位反應(yīng)獲得,通過(guò)對(duì)配體進(jìn)行修飾,可以獲得不同的性能。 MOFs結(jié)構(gòu)和功能上的多樣性,顯示出許多潛在的用途。為了促進(jìn)MOFs的產(chǎn)品化生產(chǎn),一般選擇將MOFs生長(zhǎng)在修飾后的硬質(zhì)基板上。與硬質(zhì)基板相比,紙張表面有功能性基團(tuán)、無(wú)需修飾、質(zhì)輕性柔等特點(diǎn)無(wú)疑成為其產(chǎn)品化生產(chǎn)的最佳選擇。MOFs的各項(xiàng)優(yōu)異性能在特種紙領(lǐng)域中存在著巨大的應(yīng)用潛力。

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(責(zé)任編輯：劉振華)

Metal-organic Frameworks and Their Potential Applications in Specialty Papers

YANG Qiang1,*ZHANG Mei-yun1SONG Shun-xi2

(1.CollegeofLightIndustryandEnergy,ShaanxiProvinceKeyLabofPapermakingTechnologyandSpecialtyPaper,ShaanxiUniversityofScienceandTechnology,Xi’an,ShaanxiProvince, 710021； 2.StateKeyLabofPulpandPaperEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou,GuangdongProvince, 510640)

Metal-organic frameworks (MOFs) is one of research hot topics in related areas, attracted tremendous attention and widely used in hydrogen storage, gas separation, catalysis, sensing and optic research because of its simple preparation way, modification character, high porosity, large surface area, diverse structure and functional pore size. In this paper, the structure, preparation method and various excellent properties of MOFs were summarized. In addition, the potential application of MOFs in specialty paper: including hydrogen storage paper, broad spectrum antibacterial paper, harmful gas separation paper, photochromism paper, and efficient detection paper were presented.

metal-organic frameworks; paper; hydrogen storage; separation; catalysis

楊強(qiáng)先生,在讀博士研究生；主要研究方向：高性能紙基功能材料。

2016- 03- 04(修改稿)

TS756

ADOI：10.11980/j.issn.0254- 508X.2016.07.013