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铌多酸三维框架材料的研究进展

期刊:Chemical Journal of Chinese UniversitiesDOI:10.7503/cjcu20210625

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本文由陈慧娜、李新雄和郑寿添共同撰写,他们均来自福州大学化学学院。该论文于2021年发表在《Chemical Journal of Chinese Universities》(高等学校化学学报)上,题为《铌多酸三维框架材料的研究进展》。本文系统总结了近十年来铌多酸三维框架材料的研究进展,涵盖其合成策略、结构调控、性质及应用探索,并对其发展面临的挑战和前景进行了展望。

首先,本文介绍了铌多酸三维框架材料的研究背景。多金属氧酸盐(Polyoxometalate,简称多酸)是由前过渡金属(如钒、铌、钽、钼、钨)与氧共价键连形成的高核簇化合物。由于其丰富的结构类型、高表面负电荷密度以及独特的氧化还原和酸碱性质,多酸在催化、主客体化学和能源转化等领域具有重要应用。然而,传统的多酸化合物多为零维结构,而三维框架材料因其高孔隙率、高比表面积、结构可调控等优点,逐渐成为研究热点。铌多酸作为多酸化学的重要分支,具有独特的能带结构、电子结构和良好的光稳定性,在光催化、能源转化等领域展现出巨大潜力。

其次,本文详细阐述了铌多酸三维框架材料的合成策略。铌多酸三维框架材料的合成面临诸多挑战,例如缺乏可溶性前驱体、偏好中强碱性环境以及反应动力学速率偏低等。为了克服这些困难,研究人员提出了多种合成策略,包括无机同铌多酸框架材料、无机-有机杂化同铌多酸框架材料以及杂铌多酸框架材料。例如,通过引入碱金属或碱土金属离子,可以构建无机同铌多酸框架材料;而通过引入有机配体(如乙二胺)和过渡金属配合物(如铜配合物),可以合成无机-有机杂化框架材料。此外,引入杂原子(如钒、锗等)也能有效调控铌多酸的性质并构建三维框架结构。

第三,本文重点介绍了铌多酸三维框架材料的性质与应用。铌多酸三维框架材料在光催化、主客体化学、能源转化等领域展现出重要的应用前景。例如,基于铌多酸的三维框架材料在光解水、光催化还原二氧化碳、有机合成催化等方面表现出优异的催化活性。此外,铌多酸框架材料还具有吸附、离子交换和质子传导等功能。例如,某些铌多酸框架材料在温和条件下可以有效降解化学毒剂模拟物(如甲基膦酸二甲酯),并表现出良好的水蒸气吸附性能和质子传导性能。

第四,本文总结了铌多酸三维框架材料研究面临的挑战与未来发展方向。尽管铌多酸三维框架材料的研究取得了显著进展,但仍存在一些亟待解决的问题。例如,铌多酸框架材料的合成条件苛刻,反应动力学速率较低,且结构调控难度较大。此外,铌多酸框架材料的稳定性、可重复性和规模化制备仍需进一步探索。未来,研究人员可以通过开发新的合成方法、引入更多功能化杂原子和有机配体,以及探索其在新兴领域(如电化学储能、生物医学等)的应用,推动铌多酸三维框架材料的进一步发展。

本文的亮点在于系统总结了铌多酸三维框架材料的研究进展,并对其合成策略、性质和应用进行了深入分析。特别是,本文首次对铌多酸三维框架材料的分类(如同铌多酸框架材料、杂铌多酸框架材料等)进行了系统梳理,并提供了大量实验数据和实例,为后续研究提供了重要参考。此外,本文还提出了铌多酸三维框架材料研究面临的挑战和未来发展方向,为该领域的进一步研究提供了新的思路。

本文是一篇关于铌多酸三维框架材料的综合性综述,不仅总结了该领域的研究现状,还展望了其未来发展方向。对于从事多酸化学、材料化学和催化领域的研究人员来说,本文具有重要的参考价值。

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