Joule：机械压力对MOF的影响（附Joule期刊介绍）

【引言】

金属-有机框架（Metal-Organic Framework），简称MOF，是由有机配体和金属离子或团簇通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙的有机-无机杂化材料。这类材料具有高比表面积，规则有序的结构，可调的孔径大小和形状，以及易功能化等特点，因此MOF不仅成为学术研究的焦点，更具有广泛的实际应用前景。近来，MOF化学稳定性的提高，大规模工业生产的突破，以及加工成型工艺的发展，都大大促进了MOF的工业化和商业化进程。MOF样品通常为疏松的粉末或晶体颗粒，粒径小，堆积密度低，无法直接用于固定床等工业设备。为解决这一问题，常用的方法是将MOF加工成紧密且具有固定性状的颗粒，而这个过程中，MOF不可避免地需要承受机械压力。了解机械压力对MOF结构和性能的影响，将对于MOF的加工具有指导作用。

【成果简介】

近日，美国德克萨斯农工大学的周宏才教授课题组在Joule杂志上发表论文“PCN-250under Pressure: Sequential Phase Transformation and the Implications for MOFDensification”，系统阐述了机械压力对于MOF结构以及性能的影响。该文章选取了一个具有优良甲烷吸附性能和高化学稳定性的MOF（PCN-250，PCN = porouscoordination network）作为样本，将PCN-250通过机械挤压加工成圆柱体颗粒，并研究了不同挤压成型条件对于结构以及甲烷吸附性能的影响。研究发现，PCN-250在机械压力下逐步发生结构转变。在19 MPa和150 MPa的压力下，分别捕捉到了两种单晶结构，命名为PCN-250’和PCN-250’’。结构转变是由于PCN-250结构中偶氮苯基团的翻转导致。可以将PCN-250的结构设想成一个立方体框架，某一面上偶氮苯基团的翻转导致该面由正方形变为菱形，继而导致立方体框架的倾斜。相比于PCN-250，压力下产生的PCN-250’和PCN-250’’具有更低的孔隙率、比表面积和甲烷吸附量。

相对于单晶结构转变，更具实际意义的是如何降低压力对结构的影响。虽然撤去压力后，结构转变并不可逆，但是将PCN-250’和PCN-250’’置于溶剂中加热，则可以将结构复原为PCN-250。这意味着溶剂会在MOF孔道中产生内部压力，将压缩的PCN-250’和PCN-250’’结构复原。如果将带有溶剂的PCN-250在同样的压力下挤压，则不发生相转变。在最优条件下，单位体积甲烷吸附量可以提高20%，而对单位质量甲烷吸附量不产生显著影响。虽然本文仅研究了一种材料，文章提出的溶剂对于材料机械稳定性的贡献应该适用于其他多孔材料，这对于多空材料的加工将起到指导作用。

【图文导读】

Joule：机械压力对MOF的影响（附Joule期刊介绍）

图1：压力诱导的PCN-250单晶转变。PCN-250的金属节点（a）和有机配体（b）。不同压力下PCN-250的单晶结构（c）以及晶胞示意图（d）。

【文献链接】

“PCN-250 under Pressure: Sequential Phase Transformation and theImplications for MOF Densification” Yuan, S.; Sun, X.;Pang, J; Lollar, C.; Qin, J.-S.; Perry, Z.; Joseph, E.; Wang, X.; Fang, Y.;Bosch, M.; Sun, D.; Liu, D.; Zhou, H.-C. Joule, 2017, 1, 806-815.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.joule.2017.09.001

以下内容转载自能源学人（dyxxt2016）

Joule期刊介绍

2017年9月，Cell推出旗下子刊Joule（http://www.cell.com/joule/home），主要收录高水平能源领域相关的文章，涉及电池，催化，太阳能，生物能源等一切能源相关研究领域。

期刊创办以来，陆续收到来自中科院化学所万立骏院士、郭玉国教授，清华大学深圳研究院成会明院士、康飞宇教授，斯坦福大学崔屹教授，王中林院士，武汉理工麦立强教授，马里兰大学胡良兵教授，中科院物理所胡勇胜教授，德克萨斯州立大学奥斯汀分校余桂华教授，麻省理工Yet-Ming Chiang，加利福尼亚大学段镶锋教授，南京大学周豪慎教授，南洋理工楼雄文教授，厦门大学郑南峰教授等课题组的稿件。

Joule的目标是超越Nature Energy，追赶Nature，Science。

Joule期刊的特色：

一、专业的编辑队伍

主编：Philip Earis （中文名：易天翔），博士毕业于剑桥大学（曾从事于太阳能电子器件相关研究），拥有14年编辑从业经验。一手推起能源环境领域的世界知名期刊Energy & Environmental Science（影响因子：29.518），同时也是第一位提出重视中国科研市场的编辑。
副主编：Rose Zhu（中文名：朱昌荣），博士毕业于新加坡南洋理工大学，主攻电极材料设计与优化，有着丰富的研究背景，主要涉及锂、钠、锌离子电池，电催化，超级电容器，3D打印与能源结合等领域。
编辑：Brandon Sutherland（中文名：宋邦），师从钙钛矿领域顶级科学家Ted Sargent（尚启德），在太阳能电池相关研究领域独树一帜。
编辑：Rahul Malik（中文名：髯侯），有着丰富的锂电池正极相关材料计算的研究经历，师从电池计算相关领域顶级科学家Gerd Ceder。