中文名称:铜基金属有机框架材料(立方体与八面体形貌)
英文名称:HKUST-1(立方体300nm)+HKUST-1(八面体1um),Copper-Based MOF (Cubic and Octahedral Morphologies)
结构特性
HKUST-1由铜离子(Cu²⁺)与1,3,5-苯三甲酸(BTC)配体通过配位键形成三维超微孔结构,化学式为Cu₃(BTC)₂。立方体形貌的HKUST-1粒径约300 nm,表面光滑,孔道呈正交对称性;八面体形貌的颗粒尺寸达1 μm,棱角分明,孔道结构为六方对称性。两种形貌的比表面积均接近1700-1750 m²/g,但八面体颗粒因尺寸较大,孔道连通性更优,适合大分子吸附。
合成方法
立方体HKUST-1通常采用溶剂热法合成:将铜盐(如硝酸铜)与BTC配体溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,于120℃反应12小时,通过调控溶剂比例(如加入乙醇或水)可控制粒径。八面体HKUST-1的合成需引入结构导向剂(如十六烷基三甲基溴化铵),在150℃下反应24小时,使晶体沿[111]方向优先生长。离心分离后,需用乙醇洗涤去除未反应配体,并在150℃真空活化3小时以打开孔道。
应用领域
立方体HKUST-1因粒径较小、分散性好,常用于气体吸附(如CO₂捕获)和催化反应(如苯甲醇氧化),其微孔结构可高效筛选反应物分子。八面体HKUST-1则因孔道尺寸较大,适合负载大分子催化剂(如酶)或作为药物载体,其规则形貌也便于构建有序薄膜用于传感器或膜分离。
研究进展
近期研究聚焦于形貌调控对性能的影响。例如,通过调整溶剂热反应中的铜盐浓度,可实现立方体到八面体的形貌转变;而引入超声辅助合成,可缩短反应时间至2小时,同时保持晶体形貌。此外,研究者正探索将两种形貌的HKUST-1混合使用,利用立方体颗粒的高比表面积与八面体颗粒的孔道连通性,开发高性能吸附-催化双功能材料。

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