氧化石墨烯与低共熔溶剂调控IRMOF-3合成及其对CO2化学吸附与物理吸附的协同增强机制研究

本综述系统探讨了通过预合成修饰（引入氧化石墨烯GO）与后合成修饰（采用三种低共熔溶剂DESs）策略对IRMOF-3进行功能化改造，显著提升其CO2吸附性能与结构稳定性。研究通过FTIR、XRD、TGA等表征手段证实改性材料的结构特征，并结合原位红外与穿透曲线实验揭示其在25–150°C温度范围内对CO2的化学吸附与物理吸附协同机制，为高效碳捕获材料设计提供新思路。

　　

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Material

实验所用MOF合成原料包括2-氨基对苯二甲酸与六水合硝酸锌（Zn(NO₃)₂·H₂O），均购自Sigma-Aldrich高纯试剂。有机溶剂如N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、氯仿、氧化石墨烯（GO）、氯化胆碱、四乙基溴化铵与四丁基溴化磷同样源自Sigma-Aldrich。

Synthesis of IRMOF-3

参照既往研究方案，将6.81 g Zn(NO₃)₂·H₂O与1.50 g 2-氨基对苯二甲酸分散于150 ml DMF中，经溶剂热法构建具有氨基功能化的IRMOF-3晶体骨架。

FTIR Analysis

所有低共熔溶剂（DESs）的傅里叶变换红外光谱（FTIR）均显示羧酸基团特征峰（详见既往研究）。图1展示了IRMOF-3及其改性材料（IRMOF-3@GO、IRMOF-3@1A、IRMOF-3@2A、IRMOF-3@3A）的红外光谱。纯IRMOF-3的特征峰包括：NH₂基团的不对称与对称伸缩振动（3353 cm^?1和3190 cm^?1），二羧酸盐中O–C=O的对称振动（1658 cm^?1）以及苯环骨架振动（1572 cm^?1）。改性后的材料谱图显示DESs特征官能团成功嫁接，且氨基与羧基间形成氢键网络，印证了CO₂化学吸附位点的增强。

Conclusion

通过溶剂热法成功合成IRMOF-3及其改性材料（GO与DESs修饰）。FTIR与XRD结果证实功能基团与晶体结构的完整性。SEM图像显示IRMOF-3@GO与IRMOF-3@1A形成新颖的三维 morphology，孔道结构更有序。氮气吸附-脱附实验表明改性后材料比表面积显著提升，其中IRMOF-3@1A在25°C与1 bar条件下突破时间长达106秒，证明其物理吸附性能最优。本研究为多尺度调控MOF材料在碳捕获领域的应用提供了实验与理论基础。