有机金属骨架材料MOFs及其发展过程中的经典作品

1990年代，美国Yaghi研究团队和日本Kitagawa研究团队成功合成了一种纳米多孔材料：“Metal Organic Frameworks (MOFs)”，它由有机配体和无机金属离子或有机-无机杂化物组成团簇通过配位键自组装形成分子内孔隙的材料是一类具有周期性网络结构的结晶多孔材料，既不同于无机多孔材料，也不同于一般有机材料。 配合物同时具有无机材料的刚性和有机材料的柔性，使其作为一种新型材料迅速成为材料领域的研究热点和前沿，并将以惊人的速度发展未来二十年。 各种 MOF 相继被开发出来。 研究人员通过改变有机配体和金属离子的种类和配比，成功合成了数万种具有不同形貌和特性的MOFs。 而且，这些MOFs已经广泛应用于催化、气体吸附、光学成像、药物负载等各个研究领域，在诊断和治疗领域都有MOFs的身影，这无疑印证了MOFs在该领域的明星地位材料。

图 1：MOF-5 的结构

在MOFs的发展过程中，有几款产品是这个家族中里程碑式的杰作。 1999年，Yaghi的研究团队在《自然》杂志上首次报道了著名的具有三维多孔结构的MOF-5[1]。 在这项工作中，研究人员介绍了 MOF-5 的氮吸附性能。 这一创新发现无疑将开发MOFs的新功能，并将人们对金属框架材料的新理解扩展到优异的气体吸附。 性和稳定性。 因此btc有机配体，研究人员越来越认识到MOF-5及相应修饰的MOFs在气体吸附方面的重要作用和意义，并在这方面展开了越来越多的工作。 MOF-5真正实现了这类材料从合成到应用，实现了质的飞跃和进步。

图2：A，MIL-100的原理图和框架

B、MIL-101结构图及框架

2004年和2005年，法国凡尔赛大学Gerard Ferey的研究团队报道了两种具有超大孔隙的类分子筛MOFs，MIL-100[2]和MIL-101[3]。 这两种MOFs使用常规有机配体1,3,5-三羧酸苯(BTC)和对苯二甲酸(BDC)和Cr3+构建具有超大笼MTN型分子筛拓扑结构的MOFs，均具有两种介孔结构尺寸为 25Å、29Å 和 29Å、34Å 的笼子对应的比表面积分别高达 3100 m2/g 和 5900 m2/g，孔体积分别为 1.16 cm3/g 和 2.0 cm3/g。 事实上，该团队的这项贡献不仅提出了利用计算机模拟来辅助设计合成目标，还解决了利用单晶X射线衍射分析大晶胞体积晶体结构的难题，可以说为MOF材料的发展打开了大门。 崭新的篇章。

图 3：具有 7 种典型结构的 ZIF 材料

另一种具有里程碑意义的 MOF 是 ZIF 系列，它首先由 Yaghi 团队开发，并于 2006 年在 PNAS 上发表 [4]。 ZIF是一种沸石咪唑盐骨架材料，也是一种多孔晶体材料。 其中，有机咪唑盐与过渡金属交联形成四面体骨架。 在这项工作中，研究人员合成了具有七种典型拓扑结构的 12 种分子筛，ZIF-1 到 ZIF-12。 ZIF作为一种新型多孔材料，结合了无机沸石的高稳定性和MOF的高孔隙率和有机功能。 这些特性可以应用于高效的催化和分离过程，因此受到研究人员的广泛青睐。 . 随后，从2007年到2008年，该团队先后在Nature和Science等期刊上报道了从ZIF-20到ZIF-23、ZIF-68、ZIF-69、ZIF-95和ZIF-100的结构。 ZIF 系列已大大扩展。

事实上，新型MOFs材料层出不穷。 对这些材料的研究不仅在于其迷人的拓扑结构，还在于其改进和多样化的结构btc有机配体，表现出多样化的性能和应用。 这些多孔纳米材料的多方面优势和应用在各个领域展现出巨大潜力，研究人员也在不断探索新发现。

参考：

[1] 性质。 1999, 402, 276-279。

[2] 安吉。 化学。 诠释。 埃德。 2004, 43, 6296-6201。

[3] 科学。 2005, 309, 2040-2042。

[4] 美国国家科学院院刊。 2006, 103, 10186-10191。

文献地址：

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