近期，中科院合肥研究院固体所纳米材料与器件技术研究部环境与能源纳米材料中心团队利用Ni-MOFs前驱体在水中自组装的特性，制备了Ni-MOFs衍生的Ni/C气凝胶材料。该材料不仅展现了高效的油水分离性能，而且能够将吸附的有机污染物进一步催化转化为高附加值的化学品，达到“一石二鸟”的效果。相关成果以“Ni/carbon aerogels derived from water induced self-assembly of Ni-MOF for adsorption and catalytic conversion of oily wastewater”为题，发表在化工领域专业期刊Chemical Engineering Journal（Chem. Eng. J. 402，126205，(2020)）上。

MOFs在气体储存与分离、催化以及药物输送等诸多领域都具有很好的应用前景。通过热解法制备得到MOFs衍生的金属/碳气凝胶材料，不仅可以保持MOFs结构比表面积大的优势，而且还具有更稳定的结构和机械强度。此外，大多数MOFs材料是由过渡金属（Fe，Co，Ni等）构成，它们通常是催化体系中必需的元素。如果可以将吸附的有机化合物进一步催化转化合成高附加值的产品，就可以实现含油污染物的二次利用。因此，由MOFs组装而成的金属/碳气凝胶有望用于吸附和催化转化各种油及有机化合物。

基于此，固体所科研人员利用Ni-MOFs在水中的不稳定性，使Ni-MOFs自组装形成水凝胶，随后在氮气气氛下热解碳化，制备得到Ni纳米颗粒镶嵌的Ni/C气凝胶。与传统的气凝胶制备工艺相比，该制备工艺环保，过程简单，且材料具有超轻、超疏水、高弹性及磁性等优异特性。这些特性赋予了Ni/C气凝胶出色的吸附和催化能力。通过调节水/乙醇的比例，结合分子动力学模拟计算，研究了Ni-MOFs水凝胶的自组装机理，发现水和Ni-MOFs之间的库仑力在Ni-MOFs自组装过程中起到至关重要的作用。Ni/C气凝胶对各种油和有机化合物表现出优异的吸附效率，对机油和四氯化碳吸附分别可达3899％和4877％，且具有良好的循环吸附稳定性。该Ni/C气凝胶可以在10秒内将油完全吸附，随后通过外部磁场轻松地实现分离回收。更重要的是，该Ni/C气凝胶还可以通过催化加氢反应将吸附的有机化合物在水相中进一步转化为高附加值的化学品。比如，将硝基苯完全转化为苯胺，糠醛选择加氢得到四氢糠醛。

上述工作得到了科技部国家重大研发专项和国家自然科学基金委基金项目的支持。

文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894720323330。