有機(jī)多孔材料
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2022-01-20
有機(jī)多孔材料的視頻教程
多孔梁（復(fù)合材料）力學(xué)仿真分析-限時(shí)低價(jià)
適合復(fù)合材料學(xué)習(xí)，復(fù)雜截面的復(fù)合材料建模，難點(diǎn)為：掃掠網(wǎng)格得路徑定義！這是很多同學(xué)的痛點(diǎn)，如何定義復(fù)雜截面的復(fù)合材料鋪層。
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有機(jī)多孔材料的實(shí)例教程
近日，上海科技大學(xué)章躍標(biāo)教授課題組，2015級(jí)本科生陳翌翀以第一作者在《JACS》上以“Guest-Dependent Dynamics in a 3D Covalent Organic Framework”為題，發(fā)表了關(guān)于可脹可縮的晶態(tài)有機(jī)多孔材料的重要進(jìn)展，解決了其結(jié)晶均一性和宏量制備的難題，首次發(fā)現(xiàn)了該類材料客體依賴和氣體響應(yīng)的動(dòng)態(tài)行為。2014級(jí)博士研究生師兆麟和2015級(jí)博士研究生魏蕾為論文并列第一作者，章躍標(biāo)教授和周浩龍博士為共同通訊作者，上海科技大學(xué)為第一完成單位。
高分子聚合物的溶脹和收縮行為有許多重要應(yīng)用，但由于其結(jié)構(gòu)的無序性和行為的不可逆性難以實(shí)現(xiàn)定向設(shè)計(jì)并開展“構(gòu)-效”關(guān)系研究。共價(jià)有機(jī)框架材料，即Covalent Organic Frameworks(COFs)，是新興的晶態(tài)多孔材料，是完全通過強(qiáng)共價(jià)鍵將純有機(jī)的構(gòu)筑模塊鏈接起來成二維或三維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。因其具備明確的結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性和化學(xué)穩(wěn)定性而成為材料化學(xué)的研究熱點(diǎn)和網(wǎng)狀化學(xué)的前沿挑戰(zhàn)。然而，COF晶體的制備需要在控制共價(jià)鍵形成的速率和可逆性的同時(shí)調(diào)節(jié)晶體的成核和生長(zhǎng)，因其極具挑戰(zhàn)性而被稱為“結(jié)晶困局”（Crystallization problem）。雖然由亞胺鍵鏈接COF大尺寸晶體的制備已經(jīng)出現(xiàn)了突破性進(jìn)展，但是其合成產(chǎn)率、效率和產(chǎn)量仍有待提高。因此，章躍標(biāo)課題組試圖開發(fā)一種簡(jiǎn)便而可規(guī)模化的制備方法，以便進(jìn)一步開展結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)聯(lián)性研究及面向大規(guī)模的功能應(yīng)用。
圖1.（a）傳統(tǒng)方法與研發(fā)方法的COF結(jié)晶機(jī)理和結(jié)果對(duì)比;（b）COF-300的簡(jiǎn)便合成和可規(guī)模化制備
該材料合成方法的研究由2015級(jí)本科生陳翌翀同學(xué)獨(dú)立完成。在我校書院“導(dǎo)師制”引領(lǐng)下，陳翌翀?jiān)诖蠖r(shí)就獲得了進(jìn)入中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所李超忠教授實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行科研訓(xùn)練的機(jī)會(huì)，逐步培養(yǎng)了獨(dú)立思考和自主研究的能力。
展開 多孔有機(jī)聚合物材料的設(shè)計(jì)合成一直是炙手可熱的研究課題，隨著這一領(lǐng)域研究的不斷深入，設(shè)計(jì)開發(fā)新型功能性的構(gòu)筑基元逐漸成為了解決目前多孔有機(jī)聚合物材料創(chuàng)新發(fā)展的關(guān)鍵因素。超分子大環(huán)主體化合物憑借其獨(dú)特的主客體化學(xué)性質(zhì)、簡(jiǎn)便易行的功能化方法以及可調(diào)節(jié)的拓?fù)錁?gòu)型，為多種晶態(tài)和無定形態(tài)多孔有機(jī)聚合物材料的構(gòu)筑提供了新的啟示和突破口。相關(guān)的功能體系在分離、傳感、催化等前沿應(yīng)用研究中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，有望推動(dòng)新型智能聚合物材料領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。
近日，吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院楊英威教授課題組在《Advanced Materials》期刊上發(fā)表了題為“Macrocycle-based porous organic polymers for separation, sensing, and catalysis”的綜述文章，該工作中系統(tǒng)介紹了利用多種具有不同物理化學(xué)性質(zhì)的大環(huán)分子構(gòu)建多孔有機(jī)聚合物網(wǎng)絡(luò)的策略，并從主客體相互作用的開啟和基于刺激響應(yīng)機(jī)制的大環(huán)構(gòu)型構(gòu)象轉(zhuǎn)變兩個(gè)角度論述了這一新興材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性質(zhì)功能。最后，作者充分論述了這類材料在選擇性吸附分離、水污染治理、光學(xué)傳感檢測(cè)和非均相催化等諸多領(lǐng)域中的應(yīng)用前景，并對(duì)該領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)進(jìn)行了系統(tǒng)論述，同時(shí)對(duì)該領(lǐng)域未來的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。
圖1.基于超分子大環(huán)的多孔有機(jī)聚合物體系
圖2.幾種可作為多孔有機(jī)聚合物構(gòu)筑基元的平面型和非平面型大環(huán)分子
圖3.
展開 多孔材料以其較高的氣體吸附量、易脫附以及高選擇性等特點(diǎn)成為了研究人員尋求替代方案的主要方向。
利用基于多孔材料的薄膜來吸附分離二氧化碳具有操作簡(jiǎn)便、高效環(huán)保的特點(diǎn)，然而膜材料自身吸附選擇性差、易老化等問題一直阻礙著相關(guān)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展。以多孔有機(jī)骨架（POFs）膜為例，POFs的孔徑相對(duì)較大，并且目前制備連續(xù)無缺陷膜的技術(shù)依然不成熟，致使POF基膜材料的氣體分離性能大打折扣。針對(duì)大孔的問題，研究人員開發(fā)了苯并咪唑單元連接的有機(jī)多孔聚合物（BILPs），這類POFs的孔徑相對(duì)狹小，不僅更易于吸收二氧化碳，而且熱和化學(xué)穩(wěn)定性也非常好。但是BILPs不溶于大多數(shù)溶劑，使得制備BILPs基薄膜變得極具挑戰(zhàn)性。荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的Jorge Gascon課題組利用室溫界面聚合（IP）的方法成功制備了無缺陷的BILPs薄膜（BILP-101x），并且這一薄膜在氫氣/二氧化碳分離方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。2018年9月21日，相關(guān)成果以題為“Facile manufacture of porous organic framework membranes for precombustion CO2 capture”在線發(fā)表在Science Advances上。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1 BILP-101（Chem. Commun. 51, 13393–13396 (2015)）
BILP-101這一吸附劑最早于2015年由美國(guó)國(guó)家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的研究人員（Chem. Commun. 51, 13393–13396 (2015)）開發(fā)而來。這一吸附劑主要具有相對(duì)較小的孔徑、較高的微孔率以及優(yōu)異的物理化學(xué)穩(wěn)定性能的特點(diǎn)。
展開 近日，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家納米科學(xué)中心、納米科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員唐智勇和副研究員李連山在具有剛性分子骨架的自組裝多孔薄膜用于高效有機(jī)小分子分離的研究中取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果Microporous membranes comprising conjugated polymers with rigid backbones enable ultrafast organic-solvent nanofiltration 于7月23日在線發(fā)表在《自然-化學(xué)》（Nature Chemistry）雜志 (Nat. Chem. 2018, DOI: 10.1038/s41557-018-0093-9)。
圖：聚合物全剛性骨架支撐起自組裝結(jié)構(gòu)中高度聯(lián)通的永久性微孔
當(dāng)今工業(yè)過程中涉及大量的分離、純化或者濃縮過程，因此分離技術(shù)成為現(xiàn)代工業(yè)中最重要的技術(shù)之一。目前，分離純化過程主要依賴于高能耗的基于熱的過程，例如蒸餾、蒸發(fā)、精餾等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，化工工業(yè)中用于分離和純化的能源消耗占據(jù)了全部能源消耗的一半，其中80%被蒸餾過程消耗。因此，開發(fā)低能耗、高效的分離純化技術(shù)將極大降低能源消耗。
膜分離過程是一種在選擇性膜兩側(cè)施加壓力差，使得待分離物質(zhì)選擇性通過膜從而實(shí)現(xiàn)分離的過程，這一過程的核心技術(shù)是高效、高選擇性膜材料。這一技術(shù)在水純化或者海水脫鹽方面已經(jīng)有了很成熟的應(yīng)用，利用聚酰胺等聚合物材料的薄膜實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)或離子去除。然而，其在有機(jī)體系的應(yīng)用相對(duì)滯后，這是因?yàn)榇蟛糠謧鹘y(tǒng)的一維聚合物材料在有機(jī)溶液中不穩(wěn)定。其次，傳統(tǒng)一維聚合物薄膜沒有永久性孔，導(dǎo)致分離速度非常低下。
為了同時(shí)解決高穩(wěn)定性、高溶劑通量及高選擇性的問題，唐智勇課題組選擇了具有剛性骨架的自組裝多孔聚合物材料。
展開 低成本、高效穩(wěn)定的非金屬材料作為氧還原反應(yīng)(ORR)的電催化劑對(duì)于燃料電池的規(guī)模化應(yīng)用至關(guān)重要。雜原子摻雜的多孔碳材料具有可調(diào)的化學(xué)組成和電子結(jié)構(gòu)， 能顯著提升氧還原催化活性。
基于此，中國(guó)科學(xué)院福建物構(gòu)所黃遠(yuǎn)標(biāo)、曹榮課題組采用咪唑鎓鹽功能化的金屬-有機(jī)框架(MOFs)作為前驅(qū)體和自犧牲模板， 制備了氮和鹵素雙摻雜多孔納米碳催化劑。文章近期發(fā)表于Science China Materials, 2018, doi:10.1007/s40843-018-9364-5。
圖1 BrNC-800的合成路線
其中氮/溴雙摻雜催化劑BrNC-800在堿性條件下具有優(yōu)異的電催化性能、穩(wěn)定性和抗甲醇毒化能力。其優(yōu)異的電催化活性歸因于：(1) 大量吡啶氮和石墨氮的摻雜產(chǎn)生豐富的碳活性位點(diǎn)， 同時(shí)高的石墨化程度有助于提高導(dǎo)電性，促進(jìn)氧還原活性；(2) 溴的存在改變了催化劑的化學(xué)組分和結(jié)構(gòu)特征，并活化相鄰碳產(chǎn)生額外活性位點(diǎn)；(3) 高比表面和多級(jí)孔結(jié)構(gòu)有助于傳質(zhì)與增加暴露的氧還原活性位的數(shù)量， 而提高催化效率。
這項(xiàng)工作為以MOFs為前驅(qū)體制備高效的雜原子雙摻雜碳材料提供了一種簡(jiǎn)便的方法。
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有機(jī)多孔材料的最新內(nèi)容
本案例從CT掃描微觀粒子斷層數(shù)據(jù)中，重建起來三維模型，計(jì)算氧氣電化學(xué)反應(yīng)，橫向?qū)Ρ炔煌螒B(tài)微觀粒子的反應(yīng)強(qiáng)度分布。
通過對(duì)微觀粒子重建、分析，可以有效評(píng)估該粒子的多種性能表現(xiàn)，輔助研究人員快速發(fā)現(xiàn)和優(yōu)化所需的粒子體系。
歡迎交流。
功能梯度多孔材料（FGM）通過梯度調(diào)控孔隙率，實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能的連續(xù)分布，其彈性模量、強(qiáng)度等呈均勻變化。通過建立梯度多孔結(jié)構(gòu)有限元模型，解析梯度參數(shù)對(duì)應(yīng)力場(chǎng)及失效機(jī)制的影響，突破傳統(tǒng)試驗(yàn)限制，優(yōu)化設(shè)計(jì)。該研究對(duì)航空熱防護(hù)及生物醫(yī)用仿生植入體等功能化結(jié)構(gòu)具有重要價(jià)值。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立三維梯度功能材料多孔結(jié)構(gòu)模型，并對(duì)梯度結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行軸心受壓力學(xué)仿真模擬。
多孔結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于過濾、催化、能量吸收等領(lǐng)域。基于Voronoi圖的方法通過調(diào)整生成點(diǎn)的位置和密度，控制多孔結(jié)構(gòu)的孔隙大小和分布，可用于模擬自然界中的多孔介質(zhì)，如泡沫金屬、骨小梁等。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立三維多孔材料。
首先采用CAD Voronoi 3D插件建立圓柱體試件晶粒模型。
首先采用AbyssFish四參數(shù)隨機(jī)生長(zhǎng)2D軟件V1.3版本隨機(jī)生成一張模型圖像。
通過CAD圖像導(dǎo)入插件將圖像導(dǎo)入到AutoCAD內(nèi)，并將圖像的黑白區(qū)域分別處理成三維部件，并導(dǎo)出為iges格式文件。
在Abaqus CAE軟件內(nèi)，將兩份iges文件導(dǎo)入
深圳安品材料有限公司，始建于2004年，總部位于深圳市寶安區(qū)福永福海信息港，是一家致力于高分子新材料研究開發(fā)，生產(chǎn)及經(jīng)營(yíng)的國(guó)家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)。目前旗下有八家子公司——天津辦事處、蘇州辦事處、香港辦事處、武漢辦事處、廈門辦事處等。
目前主要產(chǎn)品布局在有機(jī)硅、環(huán)氧樹脂、聚氨酯、丙烯酸樹脂，相關(guān)樹脂的改性及石墨烯、高導(dǎo)熱復(fù)合、高導(dǎo)電復(fù)合、有機(jī)耐火材料、壓敏膠等領(lǐng)域，
水資源短缺是目前面臨的一個(gè)全球性問題，對(duì)地球上豐富的海水進(jìn)行淡化則是解決水資源短缺問題的一個(gè)重要途徑。 但傳統(tǒng)的海水淡化往往需要高能量消耗，在一些能源短缺的地區(qū)難以實(shí)現(xiàn)，因此，亟需一種綠色、高效、可持續(xù)的海水淡化方法來緩解上述危機(jī)。 太陽光驅(qū)動(dòng)的界面光熱水蒸發(fā)，由于其可以通過在遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于水沸騰的溫度下產(chǎn)生蒸汽來進(jìn)行海水純化，在過去幾年中引起了越來越多的關(guān)注。
有機(jī)相變材料
在實(shí)際工程中滲流路徑往往不是單一材料，如滲流發(fā)生在夾雜碎石的土體中，這就造成滲流的復(fù)雜性。這里采用兩項(xiàng)材料通過COMSOL達(dá)西定律模塊對(duì)滲流進(jìn)行模擬。
模型采用CAD隨機(jī)球體顆粒&過渡區(qū)插件建立后導(dǎo)入到COMSOL軟件內(nèi)。
模型包括滲流發(fā)生的外側(cè)基體、內(nèi)部顆粒、顆粒及基體過渡區(qū)（ITZ）三部分組成，由于內(nèi)部顆粒的滲透系數(shù)遠(yuǎn)小于基體，因此可將其省略，邊界置為無流動(dòng)
HVAC
（供暖、通風(fēng)和空調(diào)）管道的聲環(huán)境性能改善
不會(huì)提高下壓力（空氣動(dòng)力抓地力），也不會(huì)讓汽車操控更平順。但當(dāng)空氣動(dòng)力學(xué)專家優(yōu)化HVAC的空氣動(dòng)力學(xué)性能時(shí)，你會(huì)感到更舒適。特別是當(dāng)你駕駛一輛電動(dòng)汽車，駕駛室里只有幸福的安靜體驗(yàn)，或者經(jīng)過聲環(huán)境優(yōu)化，可以在全環(huán)繞聲中聽到你最喜歡的音樂。
但和多數(shù)多孔材料一樣，有機(jī)骨架材料在室溫下的吸氫量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于儲(chǔ)氫材料實(shí)際應(yīng)用的要求，且同時(shí)存在循環(huán)性能差的問題。
吸附法制氫已投入商業(yè)生產(chǎn)，進(jìn)一步表明了吸附法捕集CO2在工業(yè)生產(chǎn)上的可行性[37]，但適用性仍然有限，主要是因?yàn)樵诘虲O2壓力的大煙氣量吸附過程中，吸附劑的吸附能力和選擇性較低，用于電力行業(yè)時(shí)吸附法成本過高，而且水分也對(duì)吸附劑的表面活性有影響．
2.4 膜分離法
膜分離法是近年來提出的一種CO2分離新方法，利用氣體滲透率的差異進(jìn)行氣體的分離[38]．膜是非常薄的一層有機(jī)材料或多孔無機(jī)材料
