【写作竞赛】经济、环保和高效地制备HKUST-1

自上实际九十年代以来,研究者对于金属有机骨架(MOF)类材料的研究热情始终没有减少,具体表现在大量研究论文的发表。因为,这类材料普遍具有超高的孔隙率(高达90%)和巨大的内部比表面积(甚至超过了6000 m2/g), 从而使其被广泛地应用于清洁能源(存储氢气或甲烷)、吸附剂(分离)、薄膜电子器件、催化以及生物医药成像等等领域。

金属有机骨架材料的结构随其有机和无机组合的变化而变化。到目前为止,金属有机骨架材料已经有超过15000种结构被报道,而且还在以惊人的速度增长。HKUST-1(Cu3(btc)2)就是其中一种。1999年,Williams和工作人员在《科学》杂志上首次报道了HKUST-1。之后,各种各样的制备方法用来制备HKUST-1,其中包括水热法、微接触印刷法、层层自组装法、微流体技术、微波辐射法等等。在已经报道的制备过程中,铜主要来源于其可溶性的盐,例如硝酸铜、氯化铜或醋酸铜。但是,它们在实际应用过程中表现出了不同的缺点,例如,氯化物有相对较强的腐蚀性,硝酸盐在金属有机骨架的合成过程中有放热现象产生,醋酸盐的及格成本又太高。氢氧化铜可以通过简单的酸碱置换反应来制备HKUST-1:3 Cu(OH)2 + 2 H3btc → Cu3btc2 + 6 H2O。该反应的明显优势就是不会产生副产物。但是作为一种难溶性的前驱体,氢氧化铜很难应用于铜基金属有机的骨架的大规模合成。

最近,Pérez-Ramírez课题组报道了在室温条件下,利用水和乙醇的混合溶剂只要5分钟就将氢氧化铜定量地转化为HKUST-1。而且,塑造成型的金属有机骨架材料也成功的通过放大实验(公斤级别)得到。所得到的产物具有较高的纯度,且其总比表面积超过了1700 m2/g。 该工作在合成方法上有显著的经济和环保优势,为HKUST-1的大规模工业化生产奠定了基础。