氧化石墨烯与多壁碳纳米管改性MOF-74复合材料对二氧化碳吸附性能的增强作用及机理研究

《Inorganic Chemistry Communications》：The effect of MWCNTs and graphene oxide on the synthesis and characterization of MOF-74 for carbon dioxide and methane adsorption

本文综述了多孔镁基MOF-74与氧化石墨烯（GO）和多壁碳纳米管（MWCNTs）复合材料的合成及其对CO2吸附性能和热稳定性的增强作用。研究表明，GO的引入使复合材料（MOF-74@GO）在278?K、1?bar条件下CO2吸附容量提升10%（达3.1?mmol/g），并显著改善热稳定性，这归因于GO与MOF骨架的强界面作用增加了吸附位点并稳定晶体结构。该复合材料在碳捕获领域具有应用潜力。

　　

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Materials

本研究所用化学试剂包括六水合硝酸镁（Mg(NO₃)₂·6H₂O）、二羟基对苯二甲酸（DOT）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、乙醇（C₂H₅OH）和甲醇（CH₃OH），均购自Sigma Aldrich，纯度等级最高，直接使用未进一步纯化。

Synthesis of pristine MOF-74

MOF-74的合成参照已有方法[37,38]。将Mg(NO₃)₂·6H₂O（3.56?g）和DOT（0.835?g）溶于15:1:1（体积比）的DMF/乙醇/水混合溶剂，超声分散后转移至反应釜，105°C反应20小时。冷却后离心收集黄色晶体，用DMF和甲醇洗涤，150°C真空活化6小时。

XRD analysis

图1显示合成MOF-74的X射线衍射（XRD）图谱。在2θ=11.7°和7.2°处出现强峰，实验图谱与文献报道的单晶数据高度吻合，表明体相样品结晶度良好。与已知晶体结构数据对比，确认主要衍射峰归属，证明成功合成高纯度MOF-74。

Conclusion

MOF-74成功通过MWCNTs和GO改性。多种表征手段显示，合成MOF-74在2θ=7.2°和11.7°处的衍射峰表明晶体均匀性优异；可变压力场发射扫描电镜（VPFESEM）显示样品主要呈纺锤形貌， elongated颗粒聚集形成类花椰菜簇状结构。改性后材料吸附性能和热稳定性显著提升，为碳捕获材料设计提供新思路。