第一作者：Qiang Yang
通讯作者：Shunxi Song
通讯单位：陕西科技大学生物资源化学与材料工程学院
DOI：10.1007/s10570-017-1331-9
全文速览
本文以沉淀碳酸钙(PCC)填充纤维素纸为材料，采用原位合成方法制备了纤维素纸与MOF-5 (Zn3(BDC)2)金属有机框架(paper@MOF-5)材料的复合材料。纤维素纸中的PCC填料减少了纤维间键，从而促进了小尺寸MOF-5晶体的形成。所合成的纤维素paper@MOF-5复合材料具有高比表面积的沸石样骨架。采用XRD、ATR-FTIR、SEM和氮吸附分析对复合材料进行了表征。所制备的纤维素paper@MOF-5复合材料对气体(N2、CH4、H2、CO2等)具有较大的吸附潜力。
背景介绍
金属有机框架(MOFs)已被广泛研究用于气体吸附和分离，催化，传感器，药物输送，湿度测量和非线性光学。MOF-5是所有金属有机框架中发展良好的材料。MOF-5 [Zn4O(BDC)3]是由Zn4O和有机配体1,4-苯并羧酸盐(BDC)的二次构建单元组成的沸石样框架。纤维素纸是一种可再生的绿色材料。除了印刷、书写和包装等传统应用外，由于纤维素纤维含有大量羟基，它还可用于制备纤维素衍生物，包括纤维素醚、硝酸盐和酯类。因此，纤维素纤维有可能与MOFs结合制备纸基材料。然而，纤维素纤维之间的氢键作用会减少活性羟基，从而降低结合效率。沉淀碳酸钙(PCC)作为无机填料被广泛应用于普通纸制品中，因为它具有成本效益高的制造优势，并能改善纸张的光学性能和印刷适性。PCC在纤维素纤维网络中的存在可以中断纤维的结合，并使羟基暴露，从而促进化学修饰。
图文解析
图1 制备纤维素paper@MOF-5复合材料的概念示意图:纤维素羟基与BDC之间形成酯，从中生成MOF-5。
图2 MOF-5改性纸样品的XRD谱图，支持PCCP@MOF-5样品的纤维素纸表面存在MOF-5。
图3 样品ATR-FTIR谱图，支持MOF-5与纤维素纤维之间存在酯基。
图4 PCC添加量对MOF-5沉积率的影响。
图5 样品的N2吸附等温线。
总结与展望
采用原位MOF-5沉积在PCC(沉淀碳酸钙)填充的纤维素纸上制备了纤维素paper@MOF-5复合材料。纤维素纸中PCC填料的存在减少了纤维素纤维之间氢键的形成，从而使更多的羟基可用来与有机配体反应，即在MOF-5形成过程中，1,4-苯二羧酸(BDC)。PCC填充纤维素纸中晶体生长位点的增加导致MOF-5晶体数量增加，晶体尺寸变小。所得到的paper@MOF-5复合材料具有高比表面积的沸石样框架。气体吸附结果表明，制备的paper@MOF-5复合材料具有较好的氮气吸附能力，对H2、CO2、CH4等气体产物具有较大的吸附和存储潜力。
全文链接：
http://dx.doi.org/:10.1007/s10570-017-1331-9
文稿：21级硕士研究生李晓彤
校阅：22级硕士研究生周艳康
编辑：22级硕士研究生田鑫辰