Kompozyty z materiałów węglowych i metalo-organicznych (MOF)

• Autorzy: Bieniek A. , Wiśniewski M. , Terzyk A. P. , Bolibok P. , Dembek M.

Identyfikatory

DOI

10.17512/ios.2016.3.3

Warianty tytułu

EN

Composites of carbonaceous materials and metal-organic frameworks

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca przedstawia krótki przegląd literaturowy z zakresu kompozytów złożonych z materiałów węglowych oraz materiałów metalo-organicznych (ang. metal-organic frameworks, MOF). Skupia się na zaprezentowaniu licznych przykładów tworzenia kompozytów z powyższych grup materiałów oraz ukazaniu pozytywnych efektów takiego postępowania. Nowa klasa kompozytów łączy cechy materiałów węglowych z funkcjonalnością materiałów nieorganicznych. Kompozyty te dają szansę na wyeliminowanie wad i lepsze wykorzystanie potencjału każdej z grup. Poprzez integrację materiałów MOF z materiałami węglowymi można nie tylko znacząco zminimalizować wady MOF, ale, co więcej, uzyskać wiele nowych funkcji, takich jak poprawa odporności, np. na wilgoć, czy przewodności elektrycznej. Dzięki tym kompozytom poszerzają się horyzonty aplikacyjne w dziedzinach adsorpcji, separacji, katalizy, a także elektrochemii i sensorów. W przyszłości korzystając z różnorodności struktur MOF i materiałów węglowych, nowo powstałe kompozyty, podobnie jak MOF i materiały węglowe, być może pozwolą przesunąć granice poznawcze w wielu dziedzinach.

EN

The paper presents a brief review of the literature in the field of composites made of carbon materials and MOF structures. It focuses on presenting numerous examples of composites and the positive effects of the merger of these groups of materials. The new class of composites combines carbon materials with the functionality of inorganic materials. These composites offer a chance to eliminate weaknesses and enhance the capacity of each group. These composites proved that integrating MOF materials with carbonaceous materials can not only convert a significant weakness of MOF, but also surprisingly bring many new features such as improved resistance, i.e. for moisture, and electrical conductivity. These composites broaden the horizons of applications in the fields of adsorption, separation, catalysis, electrochemistry and sensors. In the future, using a variety of MOF structures and carbonaceous materials, newly formed composites will probably push the boundaries of cognition in many fields.

Słowa kluczowe

PL

kompozyty; materiały węglowe; MOF; struktury metaloorganiczne

EN

composites; carbonaceous materials; MOF; metal-organic frameworks

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2016
• Tom: T. 19, nr 3
• Strony: 319--329
• Opis fizyczny: Bibliogr. 40 poz.

Twórcy

autor

Bieniek A.

• Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu, Wydział Chemii, Zespół Fizykochemii Materiałów Węglowych, ul. J. Gagarina 7, 87-100 Toruń

autor

Wiśniewski M.

• Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu, Wydział Chemii, Zespół Fizykochemii Materiałów Węglowych, ul. J. Gagarina 7, 87-100 Toruń

autor

Terzyk A. P.

• Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu, Wydział Chemii, Zespół Fizykochemii Materiałów Węglowych, ul. J. Gagarina 7, 87-100 Toruń

autor

Bolibok P.

• Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu, Wydział Chemii, Zespół Fizykochemii Materiałów Węglowych, ul. J. Gagarina 7, 87-100 Toruń

autor

Dembek M.

• Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu, Wydział Chemii, Zespół Fizykochemii Materiałów Węglowych, ul. J. Gagarina 7, 87-100 Toruń

Bibliografia

• [1] Karthik P.S., Himaja A.L., Singh S.P., Carbon-allotropes: synthesis methods, applications and future perspectives, Carbonlett 2014, 15, 4, 219-237.
• [2] Hirsch A., The era of carbon allotropes, Nat. Mater. 2010, 9, 868-871.
• [3] Mauter M.S., Elimelech M., Environmental applications of carbon-based nanomaterials, Environ. Sci. Technol. 2008, 42(16), 5843-5859.
• [4] Ludwik-Pardała M., Perspektywy wykorzystania surowców węglowych w innowacjach technologicznych, Prace Naukowe GIG Górnictwo i Środowisko 2011, 4, 73-86.
• [5] Choma J., Jaroniec M., Kloske M., Zawiślak A., Mezoporowate materiały węglowe: Synteza z wykorzystaniem matryc krzemionkowych i charakterystyka właściwości adsorpcyjnych, Ochr. Środ. 2008, 30, 2, 3-15.
• [6] Gracia-Espino E., Lopez-Urıas F., Terrones H., Terrones M., Novel Nanocarbons for Adsorption, Elsevier 2012, 3-34.
• [7] Ozkan C.S., Buehlera M.J., Pugno N.M., Wang K., De Novo carbon nanomaterials: Opportunities and challenges in a flat world, J. Mater. Res. 2013, 28, 07, 909-911.
• [8] Lu A-H., Hao G-P., Sun Q., Zhang X-Q., Li W-C., Chemical synthesis of carbon materials with intriguing nanostructure and morphology, Macromol. Chem. Physic. 2012, 213, 10-11, 1107-1131.
• [9] Bieniek A., Terzyk A.P., Wiśniewski M., Terminologia i nomenklatura sieci metalo-organicznych. Artykuł dyskusyjny, Przem. Chem. 2015, 12, 2203-2207.
• [10] Vagin S., Ott A.K., Rieger B., Paddle-wheel zinc carboxylate clusters as building units for metal-organic frameworks, Chem. Ing. Tech. 2007, 79, 6, 767-780.
• [11] Florczak P., Janiszewska E., Kędzierska K., Kowalak S., Materiały MOF, nowa rodzina sit molekularnych o niezwykłych właściwościach i możliwościach zastosowań, Wiad. Chem. 2011, 65, 5-6, 434-460.
• [12] Ferey G., Metal-organic frameworks: the young child of the porous solids family, Elsevier 2007, 170, 66-84.
• [13] Kreno L.E., Leong K., Farha O.K., Allendorf M., Van Duyne R.P., Hupp J.T., Metal-organic framework materials as chemical sensors, Chem. Rev. 2012, 112, 2, 1105-1125.
• [14] Furukawa H., Cordova K.E., O’Keeffe M., Yaghi O.M., The chemistry and applications of metal-organic frameworks, Science 2013, 341, 974, 1230444-1-1230444-12.
• [15] Huxford R.C., Della Rocca J., Lin W., Metal-organic frameworks as potential drug carriers, Curr. Opin. Chem. Biol. 2010, 14, 2, 262-268.
• [16] Morozan A., Jaouen F., Metal organic frameworks for electrochemical applications, Energy Environ. Sci. 2012, 5, 9269-9290.
• [17] Mueller U., Schubert M., Teich F., Puetter H., Schierle-Arndta K., Pastré J., Metal-organic frameworks-prospective industrial applications, J. Mater. Chem. 2006, 16, 626-636.
• [18] Dey C., Kundu T., Biswal B.P., Mallick A., Banerjee R., Crystalline metal-organic frameworks (MOFs): synthesis, structure and function, Acta Cryst. 2014, B70, 3-10.
• [19] Czaja A.U., Trukhan N., Müller U., Industrial applications of metal-organic frameworks, Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1284-1293.
• [20] Ryder M.R., Tan J.-C., Nanoporous metal organic framework materials for smart applications, Mater. Sci. Technol. 2014, 30, 13a, 1598-1612.
• [21] Liu X.-W., Sun T.-J., Hu J.-L., Wang S.-D., Composites of metal-organic frameworks and carbon-based materials: preparations, functionalities and applications, J. Mater. Chem. A 2016, 4, 3584-3616.
• [22] Harris B., Engineering Composite Materials, The Institute of Materials, London 1999.
• [23] Barton J., Niemczyk A., Czaja K., Korach Ł., Sacher-Majewska B., Kompozyty, biokompozyty i nanokompozyty polimerowe. Otrzymywanie, skład, właściwości i kierunki zastosowań, Chemik 2014, 68, 4, 280-287.
• [24] Bieniaś J., Struktura i właściwości materiałów kompozytowych, [dostęp on-line 23.03.2016]. Dostępny w Internecie <http://kim.pollub.pl/student/Teoria25.pdf>
• [25] Campbell F.C., Structural Composite Materials, ASM International, Ohio 2010.
• [26] Zhu Q.-L., Xu Q., Metal-organic framework composites, Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 5468-5512.
• [27] Ahmed I., Jhung S.H. Composites of metal-organic frameworks: preparation and applications in adsorption, Mater. Today 2014, 17, 3, 136-146.
• [28] Li S., Huo F. Metal-organic frameworks composites: from fundamentals to applications, Nanoscale 2015, 7, 7482-7501.
• [29] Banerjee P.C., Lobo D.E., Middag R., Ng W.K., Shaibani M.E., Majumder M., Electrochemical capacitance of Ni-doped metal organic framework and reduced graphene oxide composites: More than the sum of its parts, ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 6, 3655-3664.
• [30] Yang S.J., Choi J.Y., Chae H.K., Cho J.H., Nahm K.S., Park C.R., Preparation and enhanced hydrostability and hydrogen storage capacity of CNT@MOF-5 hybrid composite, Chem. Mater. 2009, 21, 1893-1897.
• [31] Prasanth K.P., Rallapalli P., Raj M.C., Bajaj H.C., Jasra R.V., Enhanced hydrogen sorption in single walled carbon nanotube incorporated MIL-101 composite metal-organic framework, Int. J. Hydrogen Energy 2011, 36, 7594-7601.
• [32] Yue Y., Guo B., Qiao Z.-A., Fulvio P.F., Chen J., Binder A.J., Tianc C., Dai S., Multi-wall carbon nanotube@zeolite imidazolate framework composite from a nanoscale zinc oxide precursor, Micropor. Mesopor. Mat. 2014, 198, 139-143.
• [33] Zhang Y., Bo X., Luhana C., Wang H., Lia M., Guo L., Facile synthesis of a Cu-based MOF confined in macroporous carbon hybrid material with enhanced electrocatalytic ability, Chem. Commun. 2013, 49, 6885-6887.
• [34] Zhang Y., Nsabimana A., Zhu L., Bo X., Han C., Li M., Guo L., Metal organic frameworks/ macroporous carbon composites with enhanced stability properties and good electrocatalytic ability for ascorbic acid and hemoglobin, Talanta 2014, 129, 55-62.
• [35] Zhang Z., Wang H., Chen X., Zhu C., Wei W., Sun Y., Chromium-based metal-organic framework/ mesoporous carbon composite: synthesis, characterization and CO2 adsorption, Adsorption 2015, 21, 1, 77-86.
• [36] Wang Y., Wua Y., Xiea J., Hua X., Metal-organic framework modified carbon paste electrode for lead sensor, Sensor. Actuat. B-Chem. 2013, 177, 1161-1166.
• [37] Li Y., Chao Huangfu C., Dub H., Liu W., Li Y.,Ye J., Electrochemical behavior of metalorganic framework MIL-101 modified carbon paste electrode: An excellent candidate for electroanalysis, J. Electroanal. Chem. 2013, 709, 65-69.
• [38] Biswal B.P., Shinde D. B., Pillai V. K., Banerjee R., Stabilization of graphene quantum dots (GQDs) by encapsulation inside zeolitic imidazolate framework nanocrystals for photoluminescence tuning, Nanoscale 2013, 7, 5, 21, 10556-10561.
• [39] Li J.-S., Tang Y.-J., Li S.-L., Zhang S.-R., Dai Z.-H., Sia L., Lan Y.-Q., Carbon nanodots functional MOFs composites by a stepwise synthetic approach: enhanced H2 storage and fluorescent sensing, Cryst. Eng. Comm. 2015, 17, 1080-1085.
• [40] Thornton A.W., Nairn K.M., Hill J.M., Hill A.J., Hill M.R., Metal-organic frameworks impregnated with magnesium-decorated fullerenes for methane and hydrogen storage, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 30, 10662-10669.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.