MOF材料（課堂PPT）

1、金 屬金 屬 - - 有 機 骨 架 材 料 （有 機 骨 架 材 料 （ M O F sM O F s ） 多孔材料家族的新成員多孔材料家族的新成員Seminar Seminar 2MOFs材料簡介制備方法應用領域小結(jié)與展望參考文獻目 錄一二三四五3MOFs材料簡介20世紀90年代中期，第一代MOFs材料被合成出來孔徑和穩(wěn)定性受到一定限制1999年，Yaghi等人合成具有三維開放骨架結(jié)構(gòu)的MOF-5去除孔道中的客體分子后仍然保持骨架完整2002年，Yaghi科研組合成IRMOF系列材料實現(xiàn)MOF材料從微孔到介孔的成功過渡2008年，Yaghi研究組合成出上百種ZIF系列類分子篩材料金屬離子有

2、機配體配位自組裝周期性網(wǎng)狀骨架的多孔材料4MOFs材料簡介比表面積大孔道可調(diào)控可功能化氣體儲存吸附分離催化光學材料磁性材料藥物傳輸 5制備方法制備方法6制備方法制備方法原位溶劑熱法原位溶劑熱法自組裝膜修飾基底Hermes, S. et al. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 13744-13745設備簡單對合成條件敏感自組裝層影響膜性能基底Au自組裝膜MOF-57制備方法制備方法晶種法晶種法把晶體的成核和生長過程分離開 更好地控制晶體的生長和膜的微結(jié)構(gòu)Liu, Y., et al. J. Membr. Sci. 2011, 379, 46-51.8制備方法制備方法晶種

3、法晶種法Falcaro, P. et al. Nat. Commun., 2011, 2, 237.MOF晶種-磷鋅礦晶體合成晶膜制備三維表面成膜選擇性催化功能化-磷鋅礦具有促使MOF-5成核的特殊功能9制備方法制備方法微波法微波法Yoo, Y. et al. Microporous Mesoporous Mater., 2009, 123, 100-106Yoo, Y. et al. Chem. Commun., 2008, 21, 2441-2443微波快速結(jié)晶溶劑熱二次生長微波法30s微波輔助快速晶種法節(jié)約制備時間晶體顆粒較小10制備方法制備方法分層法分層法Shekhah, O. Mat

4、erials, 2010, 3, 13021315Shekhah, O. et al. Nat. Mater., 2009, 8, 481-484高度有序、均勻、平整的MOF膜實現(xiàn)晶體的高度取向性合成其他方法無法得到的MOF結(jié)構(gòu)分層法圖解1111應用領域應用領域氣體儲存氣體儲存氫氫氣氣二二氧氧化化碳碳甲甲烷烷突破DOE儲氫目標： 7.5wt.%Furukawa, H. et al. J. Materi. Chem., 2007, 17, 3197-3204Gassensmith, J. J. et al. J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 1531215315; Ma

5、, S. et al. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 1012-1016超過DOE室溫體積CH4儲存目標（180v/v）28%CO2MOF-177CD-MOF-2PCN-1412應用領域應用領域吸附分離吸附分離Liu, X.-L. et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 1-5ZIF-8吸附異丁醇過程中的“gate-opening”效應+表面超疏水性優(yōu)先透過醇類大分子而阻止水分子的高性能ZIF-8納米復合膜分離系數(shù)：34.9-40.1透量：6.4-8.6 kgh-1m-213應用領域應用領域催化催化方法特點利用骨架自身活性位MO

6、F中的活性金屬位或活性結(jié)構(gòu)模塊，可直接作為催化劑使用，但該法易導致骨架坍塌引入活性物質(zhì)合成過程中引入具有催化活性的金屬納米粒子，即將MOF作為一種高比表面積的載體使用后合成法先合成MOF材料，再向MOF中引入活性基團或者活性物質(zhì)在MOF中構(gòu)建特殊催化位點的方法14應用領域應用領域催化催化Wang, C. et al. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 13445-13454催化劑TOF（h-1）MOF 14.8MOF 21.9MOF 30.4轉(zhuǎn)化率（%）MOF 5MOF 6Ar=H5986Ar=Br6268Ar=OCH39697光催化劑TOF（h-1）MOF-40.8水

7、氧化和光催化劑MOF UiO-67Ir、Re或Ru的復合物分子催化與MOF材料相結(jié)合為光催化提供一種新的異相催化劑15應用領域應用領域發(fā)光材料發(fā)光材料選擇合適的配體或金屬離子，可使MOFs具有發(fā)光性能生色團溶劑不同結(jié)構(gòu)不同熒光性不同Bauer, C.A. et al. J. Am. Chem. Soc., 2007, 129, 713616應用領域應用領域其他其他磁性材料磁性材料 順磁性、反磁性順磁性、反磁性傳感器傳感器 客體影響客體影響MOFs光學和磁學性能光學和磁學性能藥物傳輸藥物傳輸 藥物包埋藥物包埋孔口修飾官能團孔口修飾官能團在在不同的外界條件下打開或關閉孔口不同的外界條件下打開或關閉

8、孔口藥物控制藥物控制釋放釋放17總結(jié)及展望總結(jié)及展望功能化材料MOFS晶體尺寸、形狀和取向的可控生長高質(zhì)量連續(xù)生長、均相無缺陷的MOFs膜不同領域的科學家相互合作開發(fā)MOF的綜合性能18參考文獻參考文獻1. C. Wang, Z. Xie, K. E. deKrafft et al. Doping MetalOrganic Frameworks for Water Oxidation, Carbon Dioxide Reduction, and Organic Photocatalysis. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 13445-134542. J. J. Ga

9、ssensmith , H. Furukawa, R. A. Smaldone et al. Strong and Reversible Binding of Carbon Dioxide in a Green MetalOrganic Framework. J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 15312-153153. P. Falcaro, A. J. Hill, K. M. Nnairn et al. A new method to position and functionalize metal-organic framework crystals. Nat.

10、Commun., 2011, 2, 237-2444. X.-L. Liu, Y.-S. Li, G.-Q. Zhu et al. An Organophilic Pervaporation Membrane Derived from MetalOrganic Framework Nanoparticles for Efficient Recovery of Bio-Alcohols. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 1-55. Y. Liu, G. Zeng, Y. Pan et al. Synthesis of highly c-oriented ZIF-6

11、9 membranes by secondary growth and their gas permeation properties. J. Membr. Sci., 2011. 379, 46-516. O. Shekhah, Layer-by-Layer Method for the Synthesis and Growth of Surface Mounted Metal-Organic Frameworks (SURMOFs). Materials, 2010, 3, 130213157. O. Shekhah, H. Wang, M. Paradinas et al. Contro

12、lling interpenetration in metalorganic frameworks by liquid-phase epitaxy. Nat. Mater., 2009, 8, 481-4848. Y. Yoo, Z. Lai, and H.-K. Jeong, Fabrication of MOF-5 membranes using microwave-induced rapid seeding and solvothermal secondary growth. Microporous Mesoporous Materi., 2009, 123, 100-1069. S.

13、Ma, D. Sun, D. M. Simmons et al. Metal-Organic Framework from an Anthracene DerivativeContaining Nanoscopic Cages Exhibiting High Methane Uptake. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 1012-101619參考文獻參考文獻10. Y. Yoo, and H.-K. Jeong, Rapid fabrication of metal organic framework thin films using microwave-induc

14、ed thermal deposition. Chem. Commun., 2008, 21, 2441-2443 11. C.A. Bauer, T.V. Timofeeva, T.B. Settersten, B.D. Patterson, V.H. Liu, B.A. Simmons, M.D. Allendorf. Influence of Connectivity and Porosity on Ligand-Based Luminescence in Zinc Metal-Organic Frameworks. J. Am. Chem. Soc. 129 (2007) 7136.1

15、2. H. Furukawa, M.A. Miller, and O.M. Yaghi, Independent verification of the saturation hydrogen uptake in MOF-177 and establishment of a benchmark for hydrogen adsorption in metal-organic frameworks. J. Materi. Chem., 2007, 17, 3197-320413. S.Hermes, F. Schrder, R. Chelmowski et al. Selective Nucleation and Growth of Metal-Organic Open Framework Thin Films o