近期，中科院合肥研究院固體所納米材料與器件技術(shù)研究部環(huán)境與能源納米材料中心團(tuán)隊(duì)利用Ni-MOFs前驅(qū)體在水中自組裝的特性，制備了Ni-MOFs衍生的Ni/C氣凝膠材料。該材料不僅展現(xiàn)了高效的油水分離性能，而且能夠將吸附的有機(jī)污染物進(jìn)一步催化轉(zhuǎn)化為高附加值的化學(xué)品，達(dá)到“一石二鳥”的效果。相關(guān)成果以“Ni/carbon aerogels derived from water induced self-assembly of Ni-MOF for adsorption and catalytic conversion of oily wastewater”為題，發(fā)表在化工領(lǐng)域?qū)I(yè)期刊Chemical Engineering Journal上。 

　　MOFs在氣體儲(chǔ)存與分離、催化以及藥物輸送等諸多領(lǐng)域都具有很好的應(yīng)用前景。通過熱解法制備得到MOFs衍生的金屬/碳?xì)饽z材料，不僅可以保持MOFs結(jié)構(gòu)比表面積大的優(yōu)勢(shì)，而且還具有更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和機(jī)械強(qiáng)度。此外，大多數(shù)MOFs材料是由過渡金屬（Fe，Co，Ni等）構(gòu)成，它們通常是催化體系中必需的元素。如果可以將吸附的有機(jī)化合物進(jìn)一步催化轉(zhuǎn)化合成高附加值的產(chǎn)品，就可以實(shí)現(xiàn)含油污染物的二次利用。因此，由MOFs組裝而成的金屬/碳?xì)饽z有望用于吸附和催化轉(zhuǎn)化各種油及有機(jī)化合物。 

　　基于此，固體所科研人員利用Ni-MOFs在水中的不穩(wěn)定性，使Ni-MOFs自組裝形成水凝膠，隨后在氮氣氣氛下熱解碳化，制備得到Ni納米顆粒鑲嵌的Ni/C氣凝膠。與傳統(tǒng)的氣凝膠制備工藝相比，該制備工藝環(huán)保，過程簡單，且材料具有超輕、超疏水、高彈性及磁性等優(yōu)異特性。這些特性賦予了Ni/C氣凝膠出色的吸附和催化能力。通過調(diào)節(jié)水/乙醇的比例，結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算，研究了Ni-MOFs水凝膠的自組裝機(jī)理，發(fā)現(xiàn)水和Ni-MOFs之間的庫侖力在Ni-MOFs自組裝過程中起到至關(guān)重要的作用。Ni/C氣凝膠對(duì)各種油和有機(jī)化合物表現(xiàn)出優(yōu)異的吸附效率，對(duì)機(jī)油和四氯化碳吸附分別可達(dá)3899％和4877％，且具有良好的循環(huán)吸附穩(wěn)定性。該Ni/C氣凝膠可以在10秒內(nèi)將10ml油完全吸附，隨后通過外部磁場輕松地實(shí)現(xiàn)分離回收。更重要的是，該Ni/C氣凝膠還可以通過催化加氫反應(yīng)將吸附的有機(jī)化合物在水相中進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為高附加值的化學(xué)品。比如，將硝基苯完全轉(zhuǎn)化為苯胺，糠醛選擇加氫得到四氫糠醛。 

　　上述工作得到了科技部國家重大研發(fā)專項(xiàng)和國家自然科學(xué)基金委基金項(xiàng)目的支持。 

　　文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894720323330。