金属有机骨架材料(MOFs)简介

金属有机骨架材料金属有机骨架材料（Metal-Organic Frameworks, MOFs）是一种由金属离子或金属团簇和有机配体组成的晶态材料。

它们以其巨大的表面积、多孔性和可调控性而受到广泛关注。

金属有机骨架材料的结构特点是由金属离子或金属团簇作为骨架连接节点，有机配体作为连接辅助剂，通过配体和金属之间的配位键连接形成三维结构。

这种特殊的结构使得MOFs具有高度可调控性，可以通过合成不同的金属和配体来制备具有不同结构和性质的MOFs材料。

MOFs具有非常大的比表面积，可达到几百到几千平方米/克，远远超过传统多孔材料。

这是由于其高度结构化的孔道和大量的微孔结构。

这种特殊的结构使得MOFs具有出色的储气、储能和气体分离等领域的应用潜力。

以气体分离为例，由于MOFs具有可调控的孔道尺寸和化学环境，可以通过选择合适的MOFs材料来实现对特定气体的高选择性吸附和分离。

另外，MOFs还具有较高的储氢能力和催化性能，因此在储能和催化领域也有广泛应用。

MOFs的孔道结构可以实现高度集成和固定化的催化活性中心，从而提高催化反应效率。

此外，MOFs还可以通过调节金属和配体的种类和比例来调控其催化性能，使其具备优异的催化活性和选择性。

此外，MOFs材料还广泛应用于氢气储存、吸附降解有害气体、药物递送、光电器件等领域。

由于其多样的结构和功能，MOFs成为了材料科学和化学领域的研究热点，并在实际应用中取得了一些重要的突破。

总而言之，金属有机骨架材料作为一种新型晶态材料，具有巨大的表面积、多孔性和可调控性，可以应用于储气、储能、气体分离、催化、药物递送、光电器件等领域。

随着对其研究的深入，相信MOFs将会在更多领域展现出其独特的优势和应用潜力。

MOFs具有合成方法多样、比表面积大、孔道和 化学性质可调等优点。
由于其这些特点，该材料主要应用于催化、传 感、药物输送和分离分析等领域
Furukawa H, Cordova KE, [J]. Science, 2013, 341(6149): 1230444. Dhakshinamoorthy A, Asiric AM, Garcia H. [J]. Chem Commun, 2014, 50: 12800-12814. Dai H, Xia B, Wen L, et al. [J]. Appl Catal B-Environ, 2015, 165: 57-62. He L, Liu Y, Liu J, et al. [J]. Angew Chem Int Ed, 2013, 52: 3741-3745.
发光金属-有机骨架材料
发光材料在荧光灯、等离子平板显示、光开关、发光二极 管以及荧光探针等许多领域的应用使其成为近十几年来国际前 沿的研究热点。设计和开发具有长寿命、低能耗、高效率的发 光材料是众多物理和化学家所追求的目标。
金属-有机骨架配合物( MOF) 的易功能化和结构可裁剪的 特性以及在光、电、磁方面的优良性能使它们在分离、吸附、 催化、光电、传感和生物医药等许多领域显现出了其巨大的应 用价值和开发前景。作为一种新型的多功能分子基材料，它们 的发光性能以及在发光材料方面所体现出的潜在的应用价值也 引起了相当大的关注。
分子分离
MOFs材料孔径大小和孔道表面可调控的MOFs材料， 这可以用于分子分离。2006年，Chen等人报道了一个 微孔材料MOF-508，由于它的孔道大小形状具有分离烷 烃的能力，因此，MOF-508首次成为气相分离柱填充材 料的MOFs
药物缓释

MOF-5粉末超声分散在乙腈中制得MOF-5悬浮液
悬浮液填充到固相萃取空柱管
上样前，甲醇淋洗
上样后，真空抽取SPE柱， 目标物用二氯甲烷洗脱
氮气流吹干洗脱液，再加入乙腈 复溶样品，取其进入色谱柱分析数据
27
谢谢！
微波 快速结晶
在微波辅助下，可以在较低温度下，较为温和的条件，较短的时间内 完成反应，晶体颗粒小。
17
制备方法——晶种法
通过蒸发或冷却化合物大的饱和溶液，生成单晶
反应条件温和，生成较好的单晶，便于单晶结构解析 缺点：时间长，且需反应物在室温条件下溶解性好。
18
制备方法——超声合成法
•
超声合成在于能使溶剂中不断地形
超声均匀
机械搅拌
20
乙醇，水，洗涤，真空干燥
（三）合成MIL-101
Cr(NO3)3 ·9H2O
苯二甲酸
加至聚四氟 乙烯反应釜
加入水，氢氟酸
混合均匀后密封装入 不锈钢套内，烘箱中 220℃反应8h
产物经DMF回流12h，10000rpm离心5min， 弃上液，乙醇洗涤数次，离心，干燥
22
23
24
结构
最大的特点
柔韧性，在外界因 素刺激下，材料结 构会在大孔和窄孔 两种形态之间转变。
MIL
呼吸现象
10
CPL
④ CPL
由六配体金属元素与中性的含氮杂环的 2，2'联吡啶，苯酚等配体配位而成
剩余的两个位置则是金属与线性二齿 有机配体形成，形成独特的层状结构
CPL
12
利用Zn（二价）或Co（二价）与咪唑体反应，合成出类沸石
改变不同的有机配体，可以获得具有“孔笼-孔道”结构 的MOF材料。

材料科学中的金属有机骨架材料研究现状随着人们对环境保护意识的不断提高，新型材料的研究更受到人们的关注。

金属有机骨架材料（Metal organic frameworks，MOFs）作为一种新型多孔材料，具有重要的应用前景。

在CO2吸附、催化、氢能源相关领域等方面，MOFs也展现了无限的潜力。

那么，在金属有机骨架材料领域的研究现状又是如何呢？1. MOFs的定义和结构MOFs是由金属离子和有机配体通过化学键结合而成的多孔晶体材料。

严格来说，MOFs应该是具有晶胞的金属有机骨架，但因化学反应等原因，部分MOFs也退化成了非晶态或类晶态的多孔材料。

MOFs的结构特点就是由大量的趋向于八面体配位的金属离子和柔性的有机配体组成，这些组成元素构成了三维框架，水箱状的结构让其具有较大的表面积和丰富的孔结构，使其在吸附、分离、催化等领域有着潜在应用。

2. MOFs的合成方法MOFs的合成方法主要有溶液法、气相法和固相法等几种方式。

其中，溶液法和气相法是最常用的合成方法。

溶液法需要控制反应溶剂的种类和质量，以及温度、压力等反应条件，同时保证配体中心金属离子的连通性。

气相法的优点就是可以不受溶剂污染，且高温下反应热力学稳定性高，但反应难度较大。

在固相法中，可以采用单晶生长法，其形成晶体的条件更严苛，但得到的产品具有较好的晶态性。

此外，近年来，类似于绿色化学合成的绿色合成法，也成为了MOFs合成的研究热点之一。

3. MOFs的应用MOFs作为一个全新的多孔材料，具有广泛的应用前景。

在能环领域，MOFs可以被用于氢能源、光电转化、电池、储氢、催化等多个方面。

在环境保护领域，MOFs的应用范围更是较为广泛，如空气净化、水质净化等。

在超分子化学、有机金属化学领域，MOFs也显示出了它的巨大潜力。

此外，MOFs的生物医学领域的应用也吸引了越来越多的研究人员的关注，例如抗菌、基因转移等方面。

4. MOFs的局限性和展望随着MOFs研究的不断深入，人们逐渐认识到MOFs这种材料的局限性。

金属有机骨架的气体吸附性能研究摘要：金属有机骨架材料(metal organic frameworks，MOFs)作为一类新型的多孔材料，具有比表面积高、孔径可调、可功能化修饰等诸多优点，在气体吸附领域具有广泛的潜在用途，研究MOFs材料上的吸附，揭示其吸附机理，对新MOFs材料的设计及其在吸附领域的应用，具有非常重要的理论研究和应用价值。

本文主要介绍了MOFs材料的特点，并讨论了不同MOFs材料对CO2，H2，CH4气体的吸附性能。

关键词：MOFs；气体吸附性1.金属有机骨架（MOFs）的简介金属有机骨架材料是由金属离子或离子簇与有机配体通过分子自组装而形成的一种具有周期性网络结构的晶体材料，组成MOFs的次级结构单(secondary building units，SBUs)是由配位基团与金属离子结合而形成小的结构单元，在一定程度上决定了材料骨架的最终拓扑结构。

这种多孔骨架晶体材料，是一种颇具前途的类沸石(有机沸石类似物)材料，可以通过不同金属离子与各种刚性桥连有机配体进行络合，设计与合成出不同孔径的金属-有机骨架，从而使得MOFs的结构变化无穷，并且可以在有机配体上带上一些功能性的修饰基团，使这种MOFs微孔聚合物可以根据催化反应或吸附等性能要求而功能化[1]。

MOFs材料的研究始于20世纪80年代末90年代初，1989年Hoskins和Robson报道了一类由无机金属团簇和有机配体以配位键方式相互链接而成的新型固体聚合物材料，被认为是MOFs材料研究的开端，但当时普遍存在的问题是用于合成MOFs材料的模板剂除去后结构容易坍塌，而且其骨架出现相互贯穿的现象[2]。

20世纪以来MOFs的研究取得了突破性进展，随着晶体工程学在MOFs研究中的应用，人们可以根据需要通过设计新型的有机配体和控制合成方法来精确调控MOFs的结构，各种高比表面积和孔体积的新型MOFs材料不断被合成出来[3]，与此同时，MOFs在气体吸附、分离、催化、药物运输荧光等方面表现出了巨大的应用潜力。

金属有机框架材料在催化反应中的应用金属有机框架材料（MOFs）是一类由金属离子或金属簇与有机配体组成的晶态材料。

因其独特的结构和多样的孔道特性，MOFs在催化反应中展现出了广泛的应用潜力。

本文将从催化反应的原理、MOFs的结构特点以及其在不同催化反应中的应用等方面进行探讨。

一、催化反应的原理催化反应是一种经过催化剂促进的化学反应过程。

催化剂通过提供新的反应路径，降低反应的活化能，加速反应速率，从而促进化学反应的进行。

常见的催化剂包括酶、金属氧化物、贵金属等。

MOFs作为一种新型的催化剂，在催化反应中展现出了独特的优势。

二、MOFs的结构特点MOFs的结构特点决定了其在催化反应中的应用潜力。

首先，MOFs 具有高度可控的孔道结构，可用于调控催化剂的反应活性和选择性。

其次，MOFs具有大的比表面积和孔体积，提供了丰富的活性位点，有助于催化剂与反应物之间的相互作用。

此外，MOFs还具有可调控的骨架结构，可用于调控催化剂的稳定性和可重复使用性。

三、MOFs在催化反应中的应用1. MOFs在氢气储存与释放中的应用MOFs具有高度可控的孔道结构和大的比表面积，可用于储存和释放氢气。

通过在MOFs的孔道中引入金属催化剂，可以有效提高氢气的储存和释放速率，实现可控的氢气储存与释放。

2. MOFs在有机合成中的应用MOFs作为固定相催化剂，可以在有机合成中发挥重要作用。

其丰富的活性位点和可调控的孔道结构，有助于调控催化剂的反应活性和选择性。

此外，MOFs还可以作为载体材料，载载药物或催化剂，提高其稳定性和可重复使用性。

3. MOFs在环境污染治理中的应用MOFs具有高度可控的结构和孔道特性，可用于吸附和催化降解环境中的污染物。

通过调控MOFs的结构和孔道特性，可以实现对特定污染物的高效吸附和催化降解，有助于环境污染的治理。

四、MOFs在催化反应中的挑战与展望尽管MOFs在催化反应中展现出了广泛的应用潜力，但其在实际应用中仍存在一些挑战。

金属-有机骨架薄膜
MOFs 沉淀在Al2O3、SiO2 及碳基底上
MOFs 沉淀在自组装有机单层 ( SAM) 修饰的 基底上
MOFs 的分步层层液相外延生长
纳米级金属-有机骨架材料
以块状材料形式存在的金属-有机骨架的宏观固 态性质制约了它们在溶液中的行为，限制了它们的应 用领域，如生物学领域的药物储藏和缓释、生物成像 及气态信号分子的传输等。因此，通过缩减此类材料 的尺寸至次微米甚至纳米级不仅扩大了应用范围，而 且为金属-有机骨架开辟了一个新的领域，即纳米级配 位聚合物( nanoscale coordination polymers，NCPs)
金属离子 Co2+
有机配体 H3L
5-（苯甲酸-4-甲氧 基）间苯二甲酸
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ化
MOFs 材料的不饱和金属位点作为Lewis acid sites可 以用作催化中心，目前已应用到氰基化反应、烃类、醇 类的氧化反应、Diels-Alder 反应、酯化反应、偶联反 应等多种反应。
气体吸附与存储
氢气作为一种理想的高效清洁能源，它不仅燃烧 效率高而且清洁无污染受到了人们的青睐，由于 MOFs 材料的特殊孔道结构，被认为是潜在的储氢材 料。
相对于传统的C-18 硅胶颗粒、碳纳米管和石墨烯等材料, MOFs 材料具有一些优越的结构特点可以使其在萃取分离中的应用潜力更广 阔: 多孔结构的大比表面积使富集吸附的接触点增多; 多孔结构更利 于目标物在MOFs 材料表面吸附; 可以通过优化有机配体结构提高萃取 选择性;可以通过π-π作用、范德华力、氢键作用与目标分子作用,从 而提高吸附效果。当其萃取有机物时, 因MOFs 比表面积大, 吸附容量 高, 萃取完成后将萃取相洗脱, 即可实现痕量目标化合物的萃取分离。 目前在萃取分离中应用最多的是具有水稳定性、溶剂稳定性和热稳定 性好的MOFs 材料, 如ZIFs 系列和MILs 系列。

金属有机骨架材料的研究进展金属有机骨架材料（Metal-organic frameworks, MOFs）是一种由金属离子/团簇和有机配体组成的多孔晶体材料。

自上世纪90年代中期MOFs被发现以来，由于其极大的比表面积、调控孔径大小和组成、可控的化学反应等优点，MOFs得到了广泛关注。

MOFs在气体分离、催化、负载等领域有着广泛的应用，其中，许多MOFs已经在实际生产中使用。

I. MOFs的基本结构和合成方法MOFs采用亲电性的金属离子和具有多个配位位点的多种有机配体通过配位键形成一维、二维、三维的网状结构。

MOFs的孔结构由金属/配体之间的非共价键交互所决定，孔径大小由配体或金属的不同选择和配比控制。

MOFs合成方法主要分为溶剂热法、水热法、气相反应法、电化学法、机械球磨法等几种。

其中，溶剂热法以及水热法是主流的制备MOFs的方法。

由于 MOFs 的合成方法相对灵活，可以通过调整反应条件、配体的结构等来实现目的性的调控，从而开发出多种性能上的优秀 MOFs。

II. MOFs在气体分离和储存领域中的应用MOFs具有大比表面积、可控的孔径大小和分子筛效应等特性，因此在气体分离和储存领域中有广泛应用。

例如，由于透过性和选择性的功能，MOFs被广泛应用于CO2捕获和气体存储。

MOFs中CO2分子的吸附量大、速率快，选择性高，可以有效地实现碳捕获。

相对于传统的分离技术，在CO2的分离、提纯方面，MOFs具有更加灵活的分离选择，因此在实际应用中有着广泛的应用前景。

III. MOFs在催化领域中的应用MOFs不仅在气体分离和储存领域中有着广泛的应用，而且在催化领域中也有着重要的地位。

MOFs具有多样性和可调性，可实现有效的精细调控，从而在催化反应中发挥出优秀的性能。

目前，MOFs在氢化、氧化、烷基化、氢氧化等反应中应用广泛，并在催化反应方面展现出许多优势，如高催化效率、强催化活性、选择性好等。

IV. MOFs在负载领域中的应用MOFs的高分子性质和可控性使其成为了优秀的载体材料。

MOFs材料结构主要由两个部分组成：金属中心和有 机 配体，分别扮演着节点（Joints）和支柱（Struts）的 作用。由此，可以通过对这两个组成元素的设计来实 现对整个结构的设计。
MOF-5，IRMOFs，MIL-100，PCN-14 材料等等都基 于羧酸类有机配体
随着 ZIFs 系列材料的报道，咪唑类有机配体也得到了 广泛关注，和羧基相比较，咪唑的 N 配位模式比较单 一，进而对目标结构的设计可控性更高
一、金属有机骨架简介
金属一有机骨架材料(metal-organic framework，MOF) 通常是指无机的金属中心（金属离子或金属簇）与桥 连的有机配体通过自组装相互连接，形成的一类具有 周期性网络结构的晶态多孔材料。
二、有机金属骨架的设计
包括结构的设计和功能化的设计。
策略一：结构设计
当以单一金属作为骨架节点时，则可以根据不同金属 自身典型的配位构型，有目的地去选择节点金属，对 于MOFs材料而言，金属中心的选择范围非常广泛。
当以多金属作为骨架节点时，则需要通过对此结构基 元的设计来完成，对于金属簇而言，比单一金属作为 节点时，设计难度要大很多，金属原子个数越多，可 控性越低，设计难度越大。
三、合成方法
MOFs的合成过程类似于有机物的聚合，以单一的步 骤进行。文献中报道的MOFs的合成方法主要有分层 扩散法、水热（溶剂热）法和搅拌合成法。
例如：MOF-5的合成
一般采用水热（溶解热）法
量取 40mL 预先经4A 分子筛除水的 N’ N-二甲基甲酰胺 (DMF)溶剂，加入到 200mL 圆底烧瓶中，通入 Ar(流 80mL/min)60min 将溶液中所溶解的氧气充分排出；然后， 将一定Zn(NO3)·6H2O 和1, 4-苯二甲酸(H2BDC)溶于除气 后的 DMF 溶剂中轻轻摇晃至溶解均匀；待完全溶解后， 再将溶液移入 100mL 玻璃容器加盖密封恒温油浴中反应 一定时间。待反应完毕后，将玻璃容器从油浴中取出，置 于空气中自然冷却至室温；将反应所得的晶体滤出后DMF 反复冲洗，溶解除去未反应的锌离子和 H2BDC；最后，将 析出的晶体浸于 50mL 氯仿中，三天后滤出，90°C 下烘 干备用。

金属一有机骨架材料1.金属一有机骨架(Metal-Organic Framework, MOF )是指有机配体与金属离子通过自组装形成的具有周期性网络结构的金属一有机骨架材料，又称为金属一有机配位聚合物(Metal-Organic Coordination Polymer，MOCP)或无机一有机杂化材料( Inorganic-Organic Hybrid Materials )。

MOFs 属于配位聚合物中的一个分支，它具有高结晶度、多孔性以及存在强的金属—配体的相互作用等特性。

同时，由于其具有特殊的周期性结构、高比表面积、高吸附性高孔隙率等特性，已经在吸附、电化学、催化等力而显示了广泛的应用前景。

2.金属一有机骨架材料的分类：（1）按骨架结构可分为：一维链状化合物、二维层状化合物以及三维网状化合物;（2）按金属中心离子类别可分为：过渡金属配位聚合物、稀土金属配位聚合物、碱金属配位聚合物和碱土金属配位聚合物等;（3）按金属中心离子数目可分：单核、双核、三核、四核等多核;按功能来分:可分为发光，磁性，导电，微孔等类;（4）按配体的类别可分为含梭酸类配体、含氮杂环类配体、含梭酸及氮杂环混合类配体等类。

3.金属一有机骨架材料制备方法金属一有机骨架材料的合成方法通常有:溶液挥发法、扩散法、水热/溶剂热法及超声、微波和紫外光技术等。

这几种方法相互补充，有时采用不同的方法可以生成不同结构和功能的化合物。

（1）溶液挥发法将选择的金属盐、配体溶解在适当的溶剂中，静置使其缓慢自组装生成金属一有机骨架晶体材料。

此方法适用于配体前体和配位产物溶解性较好，且产物在所选溶剂中的溶解性较差。

（2）扩散法扩散法包括气相扩散，液相扩散和凝胶扩散，此法适用于配合产物溶解性差，直接混合一般会以粉末的形式生成，且生成物溶解性差，难以找到合适的溶剂对产物进行重结晶。

（3）水热或溶剂热法水热与溶剂热合成是指在一定温度和压强下利用溶剂中物质的化学反应进行的合成。

详细描述
MOFs可以用于制造光电器件、光学 传感器、光子晶体等光学器件。这些 器件在光通信、显示技术等领域有广 泛应用。
03
MOFs的挑战与前景
稳定性问题
01
热稳定性
MOFs在高温下容易分解，影响 其在实际应用中的持久性和稳定 性。
02
03
化学稳定性
水稳定性
MOFs对某些化学物质的稳定性 较差，容易与某些气体或液体发 生反应，导致结构破坏。
多功能性探索
总结词
未来研究将进一步挖掘MOFs的多功能性，拓展 其在能源、环境等领域的应用。
总结词
探索MOFs在光电转换、传感器和生物医学等领 域的应用潜力。
ABCD
详细描述
利用MOFs的孔道和活性位点，开发其在气体存 储、分离、催化等方面的多功能性。
详细描述
利用MOFs的优异性能，开发其在太阳能电池、 生物成像和药物传递等方面的应用。
药物载体设计与应用
药物载体设计
MOFs具有可调的孔径和结构，可以作为药物载体用于 药物输送。通过优化MOFs的结构和性质，可以实现药 物的控释、靶向输送和高效释放。
药物应用
利用MOFs作为药物载体，可以实现药物的定向输送和 局部浓集，提高药物的疗效并降低副作用。同时， MOFs还可以用于药物的储存和保护，提高药物的稳定 性。
MOFs在水环境中容易发生水解 或水合作用，影响其性能和稳定 性。
孔径调控与功能性
孔径调控
通过改变配体和金属离子，可以调控MOFs的孔径大小，实现对特定分子的吸附和分离 。
功能性
通过引入功能性基团或与其他材料复合，赋予MOFs新的功能，如催化、传感、发光等 。
规模化制备与成本
规模化制备

氮气流吹干洗脱液，再加入乙腈 复溶样品，取其进入色谱柱分析数据
谢谢！
微波 快速结晶
在微波辅助下，可以在较低温度下，较为温和的条件，较短的时间内 完成反应，晶体颗粒小。
制备方法——晶种法
通过蒸发或冷却化合物大的饱和溶液，生成单晶
反应条件温和，生成较好的单晶，便于单晶结构解析 缺点：时间长，且需反应物在室温条件下溶解性好。
制备方法——超声合成法

超声合成在于能使溶剂中不断地形
产物离心分离， DMF洗涤三次，静 置，高沸点溶剂 DMF从离心管顶部 倒出，加入低沸 点溶剂二氯甲烷， 重复三次
真空干燥，将干燥 好的粉末细细研磨 过筛，取得粒径在 50-75um的晶体粉 末备用
MOF-5粉末超声分散在乙腈中制得MOF-5悬浮液
悬浮液填充到固相萃取空柱管
上样前，甲醇淋洗
上样后，真空抽取SPE柱， 目标物用二氯甲烷洗脱
由分离的次级结构单元 【Zn4O】6+无机基团与一 系列芳香羧酸配体
1
2
5
以八面体形式桥连自 组装而成的微孔晶体
IRMOF
.....
材料 Zn4O（R1BDC）
3
最简单的为 IRMOF-1
4
其表面积高，孔道结构 规则，孔容积较大，表 现出一定的储氢性能。
IRMOF
Cu-BTC:间苯三甲酸和硝酸铜在乙二醇/水的混合溶液中， 180℃下反应12h。
结构
最大的特点
柔韧性，在外界因 素刺激下，材料结 构会在大孔和窄孔 两种形态之间转变。
MIL
呼吸现象
④ CPL
CPL
由六配体金属元素与中性的含氮杂环的 2，2'联吡啶，苯酚等配体配位而成
剩余的两个位置则是金属与线性二齿 有机配体形成，形成独特的层状结构

第一部分MOFS结构材料
一，MOFS结构材料简单介绍：金属-有机骨架材料（Metal-Organic Frameworks）是指过渡金属离子与有机配体通过自组装形成的具有周期性网络结构的晶体多空材料。

它具有高孔隙率、低密度、大比表面积、孔道规则、孔径可调以及拓扑结构多样性和可裁剪性等优点。

主要包括两个重要组分：结点（connectors）和联接桥（linkers）
即MOFs是由不同连接数的有机配体（联接桥）和金属离子结点组合而成的框架结构。

MOFs又名配位聚合物或杂合化合物，是利用有机配体与金属离子间的金属．配体络合作用自组装形成的具有超分子微孔网络结构的类沸石(有机沸石类似物)材料[1] 。

二，MOFS结构材料的制备：
1，原位溶剂热法[2]
2, 晶种法[3]
3, 微波法[4] 4，分层法[5]
三，应用领域
MOFS 材料由于其特殊的的结构性质和其内部结构的改变使其在气体储存，小分子分离，催化等领域具有重要作用。

随着人们对有机和无机部分连接的逐步理解，MOFs的潜在应用价值逐步得到体现。

MOFs已经由一种新奇物质转化成了一种功能材料。

这不仅仅是因为它们具备了常规多孑L 物质具备的性能(分子筛、吸附、存储)，更重要的是它的应用正深入到其他众多领域：因其压缩性而涉及到了固体化学和物理化学；因其存储和运载药物的能力涉及到了生命科学；因其能提供单层分散的纳米粒子而涉及到了纳米科学；因其聚合性还涉及到了聚合科学等等。

金属—有机骨架（MOFs）材料代表了一类杂合的有机—无机超分子材料，是通过有机桥联配体和无机的金属离子的结合构成的有序网络结构。

MOFs呈现出目前最高的比表面积，最低的晶体密度以及可调节的孔尺寸和功能结构，使MOFs可以实现一些特殊的应用，包括气体的存储和分离，催化以及药物缓释等。

通过在有机配体中引入功能基团或者利用MOFs作为主体环境引入活性组分，合成功能化的MOFs材料，可以大大拓宽其应用范围。

-华南理工-袁碧贞金属有机骨架（Metal-OrganicFrameworksMOFs）材料是利用含氧、氮等多齿有机配体与金属离子通过自组装形成的具有周期性网络结构的一种类沸石材料[1]。

—华南理工-袁碧贞MoF材料是由含氧!氮等的多齿有机配体(大多是芳香多酸和多碱)与过渡金属离子自组装而成的配位聚合物,是一种比表面积大!孔隙率高!热稳定性好!其发展历程大致可以分为三代],一[22构型多样化的类沸石材料．㈱崮如图1一1所示最早的MoF材料是由Kattagawa/J!组在20世纪90年代中期合成的,但其合成的材料在客体分子去除后,骨架坍塌,晶体结构遭到破坏,未形成永久性的孔隙率这也是第一代MOF材料随后科学家们开始研究新型的阳离子!阴离子以及中性的有机配体链接形成的配位聚合物第二代材料在客体分子移走后能够留下空位形成永久性的孔隙率MOF材料在受到压力!光!化学刺激或者除去溶剂分子时,材料骨架的形状会发生变化,这就是第三代MOF材料含有梭基的阴离子配体和金属离子链接构成的MOF材料属于我们所说的第二代MOF材料,然而含有氮杂环的有机中性配体构建的MOF材料属于我们所说的第三代MOF。

——北化-安晓辉金属-有机骨架(metal-organicframeworks，MOFs)材料是由金属离子与有机配体通过自组装过程杂化生成的一类具有周期性多维网状结构的多孔晶体材料，具有纳米级的骨架型规整的孔道结构，大的比表面积和孔隙率以及小的固体密度，在吸附、分．离、催化等方面均表现出了优异的性能，已成为新材材料的出现可以料领域的研究热点与前沿。

mofs材料MOFs材料。

MOFs材料（金属有机骨架材料）是一类由金属离子与有机配体构建而成的多孔晶体材料，具有高度可调控性、大比表面积、多种结构拓扑等优点，因此在气体吸附、分离、储能、催化等领域具有广泛的应用前景。

MOFs材料的研究与应用已成为当今材料科学领域的热点之一。

首先，MOFs材料具有高度可调控性。

通过选择不同的金属离子和有机配体，可以构建出具有不同结构和性质的MOFs材料，从而满足不同领域的需求。

例如，选择具有不同孔径和孔体积的有机配体，可以实现对气体分子的选择性吸附和分离，为气体储存和分离提供了新的途径。

其次，MOFs材料具有大比表面积。

由于MOFs材料具有多孔结构，其比表面积通常可以达到几百到几千平方米每克，这为其在气体吸附、催化反应等领域的应用提供了良好的基础。

大比表面积不仅可以增加材料与气体分子的接触面积，提高气体吸附和分离性能，还可以提高催化反应的活性和选择性。

另外，MOFs材料具有多种结构拓扑。

MOFs材料的结构可以通过调整金属离子和有机配体的配比和配位方式来实现多种结构拓扑，如三维网状结构、一维链状结构、二维层状结构等。

这些多样的结构拓扑为MOFs材料的性能调控和功能设计提供了丰富的可能性，使其在不同领域具有广泛的应用前景。

总之，MOFs材料作为一类新型的多孔晶体材料，具有高度可调控性、大比表面积、多种结构拓扑等优点，为其在气体吸附、分离、储能、催化等领域的应用提供了广阔的空间。

随着MOFs材料研究的深入和应用的拓展，相信MOFs材料将在材料科学领域发挥越来越重要的作用，为解决能源、环境等重大问题提供新的思路和途径。

金属有机骨架材料,聚天冬氨酸金属有机骨架材料（Metal-Organic Frameworks，MOFs），是一种由金属离子或金属离子簇、有机配体以及无机配体等有机和无机构建单元组成的晶态多孔材料。

自1999年首次合成以来，MOFs已经成为材料科学中备受瞩目的研究领域。

MOFs拥有大的比表面积、高度可调的孔径以及丰富的功能化基团，使其在气体吸附、分离纯化、催化反应、光学和电学等领域具有广泛的应用前景。

聚天冬氨酸，又称为聚谷氨酸，是一种重要的有机配体，属于聚合酰胺类化合物。

它具有良好的稳定性、丰富的孔道和可调控的空间结构，因此在MOFs的制备中得到了广泛应用。

聚天冬氨酸具有天然界的广泛分布，如麦糠、棉籽皮等物质中都富含聚谷氨酸。

此外，通过化学合成方法也可以获得不同孔径和形态的聚天冬氨酸。

MOFs最大的特点就是具有高度可调的孔径和表面积。

MOFs的孔径大小可以通过选择合适的金属离子和有机配体进行设计和合成，可以在纳米到微米尺度范围内进行调节。

这种可调节性使得MOFs具备了一定的选择性，能够对不同大小和性质的气体、溶质和离子进行吸附和分离，因此在吸附分离纯化领域具有很大的潜力。

MOFs对气体存储和传感也有广泛的应用。

由于其孔道的特殊结构和可调整性，MOFs可以高效地吸附和储存气体，如氢气、氧气、二氧化碳等。

这对于节能环保和新能源技术的发展具有重要意义。

同时，MOFs还可以用作气体传感材料，通过吸附不同气体后的表面性质变化进行检测和分析，可以应用于空气质量监测、环境污染控制等领域。

此外，MOFs还具有优异的催化性能。

通过合成不同结构和组成的MOFs，可以调控其催化活性、选择性和稳定性，因此MOFs在有机合成和催化领域得到了广泛的应用。

利用MOFs作为催化剂载体，可以提高反应的效率、提高产物的选择性，并且可以减少催化剂的用量和废物的生成，有利于实现绿色化学。

此外，MOFs还可以应用于光学和电学领域。

MOFs具有丰富的可调变基团，通过改变有机配体的结构可以实现MOFs在可见光和红外光波段的吸收和发射。

(3) 1999年，Yaghi在Nature上发表了由锌离子和对苯二甲 酸 构建的MOF-5（又称IRMOF-1）。
HOOC
COOH
Zn(NO3)2
Nature, 1999, 402(6759), 276.
(4) 1999年，香港科技大学Williams教授在Science上发表了 由硝酸铜和均苯三甲酸构建的另一著名的金属有机骨架 HKUST-1（又称MOF-199） 。
第8章
金属有机骨架材料
Metal-organic frameworks, MOFs
❖MOFs的发展历史 ❖MOFs的优点与缺点 ❖MOFs的结构设计策略 ❖MOFs的合成方法 ❖MOFs的应用
MOFs的概念 金属有机骨架（MOFs），也称配位聚合物（coordination polymers, CPs），是由金属离子或金属簇与有机配体通过 配位组装形成的一类具有周期性多维结构的多孔有机-无机 杂化材料。
❖气体吸附 氢气吸附：
MOF-5是众多MOFs中的一个典型范例，其框架[Zn4O(BDC)3]是 Zn4O(COO)6单元与对苯二甲酸根BDC相互连接形成的具有pcu拓扑的三 维网络。MOF-5在真空下可以稳定到400 oC。Long等在严格无水无氧条 件下制备的MOF-5样品，其高压H2吸附测试显示在7 K、4 MPa下，H2 超额吸附量为76 mg/g。当压力为17 MPa时，H2绝对吸附量高达130 mg/g，体积存储密度为77 g/L。
(1) 1989年，澳大利亚Robson教授首次报道了一系列多孔配位 聚合物的晶体结构。（J. Am. Soc. Chem., 1989, 111, 5962）
(2) 1995年 美国Yaghi教授课题组使用一价铜离子和4,4‘-联吡 啶为原料，通过水热合成法制备了具有金刚烷型网状结构 的配位聚合物MOF-1，并首次提出MOFs的概念。