目錄
第1章 金屬有機框架材料 1
1.1 MOFs材料發展歷史 1
1.2 MOFs的結構特點 6
1.3 MOFs的設計與合成 7
1.3.1 結構設計的影響因素 7
1.3.2 常見的金屬節點 15
1.4 MOFs的合成方法 23
1.4.1 水熱/溶劑熱法 23
1.4.2 擴散法 23
1.4.3 微波輔助法 23
1.4.4 超聲法 24
1.4.5 機械攪拌法 24
1.4.6 電化學合成法 25
1.5 幾種常見MOFs的合成方法及影響因素 25
1.5.1 MOF-5 25
1.5.2 MOF-177 27
1.5.3 MOF-74 29
1.5.4 HKUST-1 31
1.5.5 UiO-66 32
1.5.6 MOF-808 34
1.5.7 MIL-53 35
1.5.8 MIL-88 37
1.5.9 MIL-100 39
1.5.10 MIL-101 40
1.5.11 ZIFs系列(ZIF-8和ZIF-67) 42
1.6 MOFs在不同領域的應用 48
1.6.1 MOFs在傳感器中的應用 48
1.6.2 MOFs在催化中的應用 51
1.6.3 MOFs在壓電/鐵電中的應用 53
1.6.4 MOFs在藥物傳輸和靶向治療領域的應用 55
參考文獻 58
第2章 MOFs材料在能源氣體存儲與分離中的應用 73
2.1 引言 73
2.2 MOFs材料在能源氣體存儲中的應用 75
2.2.1 儲氫 75
2.2.2 儲甲烷 82
2.3 MOFs材料在能源氣體分離中的應用 87
2.3.1 MOFs材料對輕烴氣體的分離機理 87
2.3.2 C2s碳氫化合物/甲烷的吸附分離 88
2.3.3 乙炔/乙烯的吸附分離 91
2.3.4 烯烴/烷烴的吸附分離 92
2.4 COFs和HOFs材料在能源氣體存儲與分離中的應用概述 96
參考文獻 98
第3章 MOFs及其衍生物在光催化水分解和CO2還原方面的應用 104
3.1 MOFs及其衍生物在光催化水分解方面的應用 104
3.1.1 光催化水分解的基本原理 104
3.1.2 MOFs材料光催化水分解的基本原理 106
3.1.3 MOFs材料的改性策略 106
3.2 MOFs及其衍生物在光催化CO2還原方面的應用 122
3.2.1 引言 122
3.2.2 光催化CO2還原機理 123
3.2.3 MOFs材料應用于光催化CO2還原 124
3.2.4 MOFs衍生物應用于光催化CO2還原 136
3.2.5 小結 142
參考文獻 142
第4章 MOFs及其衍生物在電催化方面的應用 151
4.1 電催化技術的介紹 151
4.1.1 電解水技術的發展歷程 151
4.1.2 電解水基本原理 151
4.1.3 氧還原反應機理 154
4.1.4 二氧化碳還原反應機理 155
4.1.5 氮還原反應機理 157
4.1.6 催化劑的設計原則 158
4.1.7 評估電催化活性的評價指標 159
4.2 MOFs及其衍生物作電催化劑的簡介 162
4.2.1 原始MOFs材料作電催化劑的發展 162
4.2.2 MOFs衍生物作電催化劑的優勢 163
4.3 MOFs衍生物在HER方面的研究進展 164
4.3.1 MOFs衍生的磷化物用于HER 164
4.3.2 MOFs衍生的碳(氮)化物用于HER 165
4.3.3 MOFs衍生的貴金屬/過渡金屬材料用于HER 167
4.4 MOFs衍生物在OER方面的應用 168
4.4.1 MOFs衍生的氧(氫氧)化物用于OER 168
4.4.2 MOFs衍生的磷化物用于OER 171
4.5 MOFs衍生物在ORR方面的應用 172
4.6 MOFs及其衍生物在多功能催化劑方面的應用 175
4.6.1 MOFs及其衍生物用于HER/OER 175
4.6.2 MOFs及其衍生物用于OER/ORR 176
4.6.3 MOFs及其衍生物用于ORR/OER/ORR 178
4.7 MOFs及其衍生物在二氧化碳還原方面的應用 178
4.7.1 MOFs材料用于CO2RR 179
4.7.2 MOFs衍生碳材料用于CO2RR 197
4.7.3 MOFs衍生單原子材料用于CO2RR 200
4.7.4 MOFs衍生金屬/金屬化合物用于CO2RR 213
4.8 MOFs及其衍生物在氮還原方面的應用 222
4.8.1 MOFs材料用于NRR 223
4.8.2 MOFs復合材料用于NRR 225
4.8.3 MOFs衍生碳材料用于NRR 227
4.8.4 MOFs衍生單原子材料用于NRR制氨 228
4.8.5 MOFs衍生金屬/金屬化合物用于NRR 231
4.9 MOFs及其衍生物用于其他電催化反應 236
4.9.1 MOFs及其衍生物用于硝酸還原制氨 236
4.9.2 MOFs用于電合成尿素 240
4.9.3 MOFs衍生物用于氫氧化反應 241
4.9.4 MOFs衍生物用于有機物氧化反應 243
4.10 總結 248
參考文獻 250
第5章 MOFs材料在超級電容器領域的應用 262
5.1 引言 262
5.2 MOFs及其復合材料用于超級電容器電極 264
5.3 MOFs衍生碳材料用于超級電容器電極 268
5.4 MOFs衍生過渡金屬基納米材料用于超級電容器電極 273
5.4.1 過渡金屬(氫)氧化物 273
5.4.2 過渡金屬硫化物 277
5.4.3 過渡金屬磷化物 280
5.4.4 過渡金屬氧酸鹽化合物 283
5.4.5 過渡金屬氮化物和硼化物 286
參考文獻 288
第6章 MOFs材料在電池中的應用 292
6.1 金屬離子電池 292
6.1.1 鋰離子電池 292
6.1.2 鈉離子電池 303
6.1.3 其他離子電池 309
6.2 金屬-空氣電池 320
6.2.1 鋰-氧氣電池 320
6.2.2 鋅-空氣電池 331
6.2.3 MOFs衍生材料在鈉/鎂/鋁-空氣電池中的應用 345
6.3 鋰-硫電池 349
6.3.1 鋰-硫電池簡介 349
6.3.2 鋰-硫電池組成 350
6.3.3 鋰-硫電池小結 357
6.4 固態電解質 357
6.4.1 原始MOFs基固態電解質 358
6.4.2 MOFs基聚合物固態電解質 361
6.4.3 離子液體@MOFs基固態電解質 363
6.4.4 固態電解質小結 365
6.5 鋰負極保護 365
6.5.1 集流體涂層改性 366
6.5.2 構建三維鋰負極 367
6.5.3 鋰負極保護小結 370
參考文獻 370
第7章 MOFs材料在大氣污染控制中的應用 383
7.1 引言 383
7.2 MOFs材料用于含硫氣體的脫除 384
7.2.1 H2S 385
7.2.2 SO2 388
7.3 MOFs材料用于含氮氣體的脫除 390
7.3.1 NOx 391
7.3.2 NH3 398
7.4 MOFs材料用于揮發性有機物氣體的脫除 399
7.4.1 VOCs的吸附 399
7.4.2 VOCs的催化燃燒 401
7.5 MOFs材料用于其他污染氣體的脫除 403
7.5.1 CO 403
7.5.2 Hg0 406
7.6 展望 408
參考文獻 409
第8章 MOFs及其衍生物在水處理中的應用 416
8.1 引言 416
8.2 適用于水處理的MOFs材料 419
8.3 MOFs及其衍生材料在水處理中的應用 420
8.3.1 吸附技術 420
8.3.2 高級氧化技術 425
8.3.3 膜處理技術 431
8.4 MOFs及其衍生材料在水處理應用中的毒性與緩解 437
8.5 MOFs材料應用于水處理的挑戰和前景 438
參考文獻 439
第9章 MOFs及其衍生物在海水資源提取中的應用 445
9.1 引言 445
9.2 MOFs在海水提鈾中的應用 446
9.2.1 ZIFs系列 447
9.2.2 MILs系列 453
9.2.3 UiOs系列 457
9.3 MOFs在海水提鋰中的應用 465
9.3.1 多晶MOFs膜 466
9.3.2 MOFs混合基質膜 468
9.3.3 MOFs通道膜 469
9.4 展望 471
參考文獻 472
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