金屬的有機骨架材料MOFs簡介

1、金屬一有機骨架MOFs丨材料代表了一類雜合的有機一無機超分子材料，是通過 有機橋聯(lián)配體和無機的金屬離子的結(jié)合構(gòu)成的有序網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。MOFs呈現(xiàn)出目前最高的比外表積，最低的晶體密度以與可調(diào)節(jié)的孔尺寸和功能結(jié)構(gòu)，使MOFs可以實現(xiàn)一些特殊的應(yīng)用，包括氣體的存儲和別離，催化以與藥物緩釋等。通過在有機配體中引入功能 基團或者利用 MOFs作為主體環(huán)境引入活性組分，合成功能化的MOFs材料，可以大大拓寬其應(yīng)用X圍。-華南理工-袁碧貞金屬有機骨架Metal-Organic Frameworks MOFs丨材料是利用含氧、氮等多齒有機 配體與金屬離子通過自組裝形成的具有周期性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的一種類沸石材料1。一華南

2、理工-袁碧貞MoF材料是由含氧！氮等的多齒有機配體(大多是芳香多酸和多堿)與過渡金 屬離子自組裝而成的配位聚合物，是一種比外表積大！孔隙率高！熱穩(wěn)定性好！構(gòu)型多樣化的類沸石材料22 ,其開展歷程大致可以分為三代12."如圖1 一 1所示"最早的MoF材料是由Kattagawa/J!組在20世紀90年代中期合成的，但其合成的材 料在客體分子去除后，骨架坍塌，晶體結(jié)構(gòu)遭到破壞，未形成永久性的孔隙率” 這也是第一代MOF材料"隨后科學(xué)家們開始研究新型的陽離子！陰離子以與中性的有機配體形成的配位聚合物”第二代材料在客體分子移走后能夠留下空 位形成永久性的孔隙率"

3、MOF材料在受到壓力！光!化學(xué)刺激或者除去溶劑分 子時,材料骨架的形狀會發(fā)生變化，這就是第三代MOF材料"含有梭基的陰離 子配體和金屬離子構(gòu)成的MOF材料屬于我們所說的第二代MOF材料，然而含有氮雜環(huán)的有機中性配體構(gòu)建的MOF材料屬于我們所說的第三代MOF。一一北化-安曉輝金 屬-有 機骨架(metal-organic frameworks， MOFs)材料是由金屬離子與有機配體通過自組裝過 程雜化生成的一類具有周期性多維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔 晶體材料，具有納米級的骨架型規(guī)整的孔道結(jié)構(gòu)，大 的比外表積和孔隙率以與小的固體密度，在吸附、分 離、催化等方面均表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能，已成為新材 料領(lǐng)

4、域的研究熱點與前沿。MOFs材料的出現(xiàn)可以追溯到1989年以Robson和Hoskins為主要代表的 工作，他們通過 4, 4', 4，4 -四氰基苯基甲烷和正 一價銅鹽Cu( CH3 )4: BF 4在硝基甲烷中反響， 制備出了具有類似金剛石結(jié)構(gòu)的三維網(wǎng)狀配位聚合 物1 :，同時預(yù)測了該材料可能產(chǎn)生出比沸石分子篩 更大的孔道和空穴，從此開始了MOFs材料的研究熱潮。但早期合成的MOFs材料的骨架和孔結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定，容易變形。直到1995年Yaghi等合成出了具有穩(wěn)定孔結(jié)構(gòu)的 MOFs2 :，才使其具有了實用 價值。由于MOFs材料具有大的比外表積和規(guī)整的孔道結(jié)構(gòu)，并且孔尺寸的可調(diào)控性強

5、，骨架金屬離子和有機配體易實現(xiàn)功能化，因此在催化研究39:、氣體吸附io:、磁學(xué)性能11、生物醫(yī)學(xué)12 :以與光電材料13:等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。這些特性貌似與現(xiàn)有的沸石和介孔分子篩很相似，但實際上卻有較大的差異14 :如在孔尺寸方面，沸石的孔尺寸通常小于1 nm,介孔分子篩的孔尺寸通常大于2 nm,而MOFs的孔尺寸可以從微米到納米不等；在比外表 積方面，沸石通常小于600 m2/ g,介孔分子篩小于2 000 m2/ g,而MOFs的比表面積可達10 400 m2/ g15 :。不但如此，MOFs可以通過對有機配體的設(shè)計來實現(xiàn)更多的結(jié)構(gòu)，如在MOFs中嵌入立體手性的配體，來實現(xiàn)不對稱催化反

6、響16:等。因此MOFs可以應(yīng)用在一些沸石和介孔分子篩無法應(yīng)用的方面。一北化-李慶遠金屬一有機骨架材料 (metal "筆anieframework,MOF)通常是指由無機簇(ino嗯anie cluster)同有機配體(linker)相連接形成的具有周期網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的晶體材料=."不同于傳 統(tǒng)的無機一有機雜化材料，通過選擇不同的金屬簇和有機配體，科學(xué)家們可以對其進展結(jié) 構(gòu)的設(shè)計和修飾"一吉大-徐進MOFs材料主要由金屬中心和有機配體兩個局部組成。金屬中心被視為無機次級結(jié)構(gòu)單元SBU，而有機配體被視為有機SBU，兩個局部通過配位鍵以與其他分子間作用力相互聯(lián)接，從而構(gòu)成具有周期性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的晶體材料8,9。在文獻中，MOFs材料還常見其他的表述，如：有機-無機雜化晶體材料Organic - Inorganic Hybrid Materials 、 多孔配位網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) PorousCoordination Networks、多孔配位聚合物Poro