金属有机框架化合物
金属-有机框架化合物的荧光和吸附性质发展现状
中图分 类号 ：０ ６ ２ ７
文 献标 识码 ：Ａ
文 章编 号 ：１ ０ ０ １ — ９ ６ ７ ７ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ — ０ ０ １ ２ — ０ ４
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新型拓扑结构金属—有机框架化合物及其性能研究
新型拓扑结构金属—有机框架化合物及其性能研究一、简述随着科学技术的不断发展，新型拓扑结构金属有机框架化合物(MOFs)在材料科学和化学领域引起了广泛关注。
MOFs是一种具有特定孔道结构和表面活性的多功能材料，具有优异的吸附、分离、催化、传感等功能。
近年来研究人员通过调控金属离子或配体的结构和性质，成功合成了多种新型MOFs,这些新型MOFs在能源、环境、生物医药等领域具有广泛的应用前景。
1. 研究背景和意义随着科学技术的不断发展，人们对材料性能的需求也在不断提高。
新型拓扑结构金属—有机框架化合物(简称MOF)作为一种具有独特性质和广泛应用前景的新型材料，近年来受到了国内外学者的广泛关注。
MOFs具有高比表面积、丰富的孔道结构、可调控的孔径大小和可调变的表面化学性质等优点，因此在催化、传感、分离、储存等领域具有广泛的应用前景。
然而目前已报道的MOFs大多为单一结构的晶体型，其功能和性能往往受到限制。
因此研究具有新型拓扑结构的MOFs 对于拓展其应用领域具有重要意义。
本研究旨在通过合成一系列具有不同拓扑结构的金属有机框架化合物(MOF),并对其进行表征和性能分析，以期为新型MOFs的合成和应用提供理论依据和实验指导。
首先通过对不同金属离子和有机配体的组合，设计并合成了一系列具有不同拓扑结构的MOFs。
然后通过X射线单晶衍射、红外光谱、核磁共振等手段对所合成的MOFs的结构进行了表征。
通过原位聚合、电化学催化等方法研究了所合成的MOFs在催化、传感等方面的性能，为其在实际应用中提供理论依据。
本研究将有助于丰富和发展MOFs这一领域的研究内容，为新型MOFs的合成和应用提供理论依据和实验指导。
同时本研究还将为其他相关领域的研究提供新的思路和方法，如纳米材料的制备、功能材料的开发等。
因此本研究具有重要的理论和实际意义。
2. 国内外研究现状和进展近年来随着材料科学和化学领域的不断发展，金属有机框架(MOF)化合物作为一种新型的多功能材料在国内外得到了广泛的关注。
金属有机框架化合物的合成研究
金属有机框架化合物的合成研究摘要：随着时代的发展，金属有机框架化合物被应用于荧光、催化、质子导体、药物运输等多个领域，且为满足不同行业的需求，相关专家局学者仍基于现状在对其合成进行研究，力求进一步提升其功能的多样性。
本文就主要对现阶段金属有机框架化合物的合成进行研究，以供参考。
关键词：金属有机框架化合物；常规合成；绿色合成引言：金属有机框架化合物具有一定的潜力，而想要合成金属有机框架化合物，就需采用科学可行的方法。
就目前情况而言，这些方法可简单分为两种，一为常规合成法，二为绿色合成法。
就常规合成法而言，包括溶剂热法、微波合成法、电化学合成法等；就绿色合成法而言，需对溶剂、金属盐、配体进行优化，下列就其合成进行了深入探究，旨在为相关工作人员带来启发。
1.金属有机框架化合物概述金属有机框架化合物简单来说就是将有机配体当做连接体，将金属离子或簇当做节点，借助配件进行组装，使其形成具有周期性结构的配位化合物。
该材料具有较强的应用价值，所以，相关专家及学者就该材料进行了深入研究，且应用了较多先进技术，如计算机技术、仿真技术等，使得大量结构新颖的金属有机框架化合物被设计合成出来。
与传统的多孔材料相比，该材料具有结构、功能可设计、调控的优势。
因此，目前该材料已被应用于荧光、催化、质子导体、药物运输等方面。
2.金属有机框架化合物的常规合成2.1溶剂热法最常见的金属有机框架化合物的合成方法为溶剂热法。
其简单来说就是按照一定比例在相应溶剂中放置金属盐、配体，在三者完全混合后，将其移至密封反应器中，通过调制温度、时间使其在相应条件下发生反应。
通常情况下，其温度需处于100℃～500℃之间，其反应时间为12至48小时。
通常情况下，其温度处于，通过自组装并析出晶体得到的产物。
与其他方法相比，该方法具有可全部溶解、分解常温下的微溶物质或不溶物质，确保反应物之间可以得到充分接触，尽量缩短反应时间，并提高金属有机框架化合物晶体质量。
金属-有机框架的发展和应用
金属-有机框架的发展和应用摘要：近年来，由于金属-有机框架(MOFs)材料特殊的结构使得其在气体储存、催化活性、离子交换、磁性材料、分子和光学性能等方面的潜在用途，MOFs的设计与合成吸引了大家的注意力。
当前，已有很多用于制备多种金属-有机框架(MOFs)的方法和相关理论。
本文主要介绍了MOFs的研究进展、应用，概述了MOFs未来的趋势。
关键词：金属-有机框架，发展，应用Abstract: In recent years, the design and synthesis of Metal-Organic Frameworks (MOFs) have attracted great interest due their potential use as gas storage, catalysis activity, ion exchange, magnetism, molecular, and optical properties. Currently, varied methods and theories have been used for the formation of metal-organic frameworks (MOFs). This paper mainly introduces the development and application of MOFs, and the future tendency.Keyword: Metal-Organic Frameworks; Development; Application1绪论金属-有机框架材料(Metal Organic Frameworks，MOFs)又叫金属有机配位聚合物(Metal Organic Coordination Polymers，MOCPs)已经成为一种新型的功能化晶体材料。
它是由有机桥连配体同过配位键的方式将无机金属中心(金属离子或者金属离子簇)连接起来形成无限延伸的网络状结构的晶体材料。
金属有机框架(MOFs)在锂和钠离子电池中的应用
金属有机框架(MOFs)在锂和钠离子电池中的应用金属有机框架金属有机框架(metal-organic frameworks, MOFs)由YAGHI和LI在20世纪90年代末首次提出，主要由金属离子和有机连接物组成，金属离子可以是过渡金属、碱土金属或镧系元素的离子，有机连接物通常是带有N或多齿原子(吡啶基、多胺、羧酸盐等)的多齿分子。
MOFs因为其轻质(~0.13g/cm3)、高比表面积(10000m2/g)、结构和组成多样的特点而受到广泛关注，在气体存储或分离、催化、药物输送和成像等领域有着广泛的应用前景。
越来越多的研究显示MOFs 材料具有的复杂体系结构和独特化学成分可用于电化学储能和转换，实现在二次电池、超级电容器和燃料电池等领域的应用，而可控合成的MOFs及其衍生纳米材料为研究和调整其应用提供了可能，图1和表1总结了各种制备MOFs及其衍生纳米材料的方法和特点。
图1 MOFs前驱体及其衍生纳米材料的合成策略综述表1 MOFs前驱体合成方法综述MOFs衍生金属氧化物在所有已报道的锂和钠离子电池负极材料中，金属氧化物因高能量密度(600~1500mA·h/g)和经济环保的优势成为下一代负极材料的候选之一。
MOFs除了直接作为电极材料使用外，还可以通过一些简单的处理得到各种具有有趣结构的衍生金属氧化物。
根据转化过程的反应机理，这些处理方法主要分为以下四类：(1)惰性气氛自热解；(2)与气体/蒸汽的化学反应；(3)与溶液的化学反应；(4)化学刻蚀。
通过以上方法，这些MOFs衍生材料可以容易地形成各种结构和成分可调的多孔或中空结构，而不需要额外的模板或繁琐的过程，与传统方法相比显示出显著的优点。
本文总结的基于MOFs进一步处理得到的不同纳米结构金属氧化物如表2和图2所示。
表2 MOFs衍生纳米材料合成方法综述图2 几种基于MOFs的纳米结构举例MOFs和MOFs基复合前驱体将为合成结构复杂度高的纳米结构材料提供新的机会。
金属有机框架化合物的研究状况
金属有机框架化合物的研究状况一、本文概述金属有机框架化合物（Metal-Organic Frameworks，简称MOFs）是一类由金属离子或金属离子簇与有机配体通过配位键自组装形成的多孔晶体材料。
自上世纪九十年代以来，MOFs因其独特的结构特性和广泛的应用前景，吸引了全球化学和材料科学领域的广泛关注。
本文旨在全面综述MOFs的研究状况，包括其合成方法、结构特性、性能优化以及在气体存储与分离、催化、传感器、药物递送等领域的应用。
本文将首先回顾MOFs的发展历程，分析其在不同阶段的标志性成果和对科学界的影响。
随后，将详细介绍MOFs的合成策略，包括水热/溶剂热法、微波辅助法、机械化学法等，并探讨各种方法的优缺点。
在此基础上，本文将进一步分析MOFs的结构特点，如孔径、比表面积、孔道形貌等，以及这些结构特性如何影响其性能。
接下来，本文将重点讨论MOFs的性能优化策略，包括通过后合成修饰（Post-synthetic Modification, PSM）和混合配体法等手段调控其结构和功能。
还将探讨如何提高MOFs的稳定性，以扩展其在实际应用中的使用寿命。
本文将概述MOFs在各个领域的应用现状，特别是其在气体存储与分离、催化、传感器和药物递送等领域的最新进展。
通过分析这些应用案例，我们可以更好地理解MOFs的潜力和挑战，以及未来可能的发展方向。
本文旨在全面梳理MOFs的研究状况，以期为相关领域的研究人员提供有益的参考和启示。
二、金属有机框架化合物的研究历史和发展金属有机框架化合物（Metal-Organic Frameworks，简称MOFs）作为一种新型多孔材料，自上世纪90年代初期诞生以来，便引起了科研工作者们的广泛关注。
MOFs的研究历史和发展轨迹，既是一段探索未知的科研之旅，也是材料科学领域不断创新和突破的重要篇章。
早期的研究主要集中在探索MOFs的合成方法和结构特点上。
研究者们通过精心设计和合成，成功制备出了多种具有不同孔径、形状和功能的MOFs材料。
金属有机框架物简介
金属-有机框架化合物简介金属-有机框架化合物(Metal-Organic Frameworks，MOFs)通常是指以有机配体为连接体(linkers)和以金属离子或簇为节点(nodes)，通过配位键组装形成的具有周期性结构的配位化合物。
由于MOFs材料在荧光、催化、气体吸附与分离、质子导体、药物运输等方面具有潜在的应用价值，近十几年来，发展非常迅速，大量结构新颖的MOFs被不断的设计合成出来。
随着现代配位化学和晶体工程的发展，MOFs之间的键合作用已经不再仅局限于配位键作用，还囊括了其他作用力，比如：氢键作用，范德华力，芳香环之间的π-π作用等。
这些丰富的作用力使得MOFs结构和功能更加多元化、复杂化。
近几年来，计算机技术和仿真技术被应用到MOFs的研究中，在它们的帮助下，越来越多的新型MOFs材料不断的被合成出来。
与传统的多孔材料相比，MOFs材料的优势在于结构和功能的可设计性和调控性。
在理想情况下，通过合理设计配体和选择金属离子构筑的次级构建单元(SBUs)，就可以合成目标结构和功能的MOFs。
虽然，目前每年有很多结构新颖性能特别的MOFs被合成报道，然而，在很多情况下，看似合理的设计，却很难实现。
这与MOFs的自主装过程有关。
在MOFs的合成过程中，除了配体和金属离子的影响外，还有其他的影响因素，比如：反应温度、溶剂、pH值、压力、配体和金属盐的比例与浓度等，每一个反应条件的改变，都有可能影响MOFs 的自主装过程，从而影响MOFs的结构，进而可能影响MOFs的性能。
总之，在通常情况下，根据金属离子构筑的SBUs和有机配体的几何构型可以预测MOFs最终的框架结构。
例如：平面方格结构可以通过4-连接平面构型SBU和直线型2-连接配体形成，如：MOF-118；类金刚石结构则可以通过四面体构型的4-连接SBU和直线型2-连接配体形成；立方结构框架则可以通过6-连接的SBU和直线型2-连接配体形成，如：MOF-5；T d八面体结构可以通过3-连接配体和轮桨状的4-连接SBU构筑，如：HKUST-1 (Figure1.1)。
MOFs
Figure 2 Pore type
Figure 3 Pore shape
在一个真实的多孔材料中，可能存在着一类，两类甚至三类孔了。在 这片概述中，我们把多孔材料（porous materials）分为微孔材料 (microporous materials、介孔材料(mesoporous materials、大孔材料 (macroporous materials)。 我们要介绍的 金属-有机框架化合物MOFs（metal-organic frameworks）就属于微孔材料。
金属有机框架化合物(MOFs)简 介
根据国际纯粹化学与应用化学联合会的规定 ，由孔径的大小，把孔分为三类：微 孔（孔径小于2nm）、介孔（2～50nm）、大孔（孔径大于50nm），如图1 所 示。
Figure 1 pore size
同时，孔具有各种 各样的类型（pore type）和形状（pore shape），分别如图2，3 所示。
应用 MOFs多孔材料在催化剂、吸附分离、气体的储存及光电磁材料 等方面具有重要的应用价值。金属位在大量的分子识别过程中起 了关键性的作用，因为金属位能产生高度的选择性和特定分子的 储存和传送。MOFs材料经常具有不饱和配位的金属位和大的比 表面积，这在化学工业中有着广阔的应用前景。 • 气体储存 • 催化剂 • 吸附分离
带不同侧链的BDC 配体 The BDC ligands with different side chains
AmTAZ配体的修饰 The decoration of AmTAZ ligand
综上所述,通过对有机配体的选择、修饰可以设计出不同孔结构 的金属有机聚合物,有机分子链的长短直接决定聚合物孔径的大 小,有机配体的修饰基团可调节聚合物的孔结构和孔表面的物理 化学性质,而不同类型的有机配体(如羧酸类的含氧配体、吡啶类 的含氮配体、有机膦类的含磷配体等) 会改变聚合物的网络拓扑 结构。
金属有机框架(MOFs)在锂和钠离子电池中的应用
金属有机框架(MOFS)在锂和钠离子电池中的应用金属有机框架金属有机框架(metal-organic frameworks, Me)FS)由YAGHI 和Ll 在20世纪90年代末首次提出，主要由金属离子和有机连接物组成，金属离子可以是过渡金属、碱土金属或偶系元素的离子，有机连接物通常是带有N或多齿原子(毗咤基、多胺、竣酸盐等)的多齿分子。
MOFs因为其轻质(~0.13g/Cm3)、高比表面积(IOOOOm2/g)、结构和组成多样的特点而受到广泛关注，在气体存储或分离、催化、药物输送和成像等领域有着广泛的应用前景。
越来越多的研究显示MOFs 材料具有的复杂体系结构和独特化学成分可用于电化学储能和转换, 实现在二次电池、超级电容器和燃料电池等领域的应用，而可控合成的MOFs及其衍生纳米材料为研究和调整其应用提供了可能，图1和表1总结了各种制备MOFs 及其衍生纳米材料的方法和特点。
图1 MOFs前驱体及其衍生纳米材料的合成策略综述表1 MOFs前驱体合成方法综述Methods Typical examples FeaturesControlled etchingZIF-67 frames1111 NjCoPBAcagcJy Gcnerationofhollw structures Retention of oπgιnal MOF structuresOutward dιflusιon Ni/Zn-MOF-2 boxcs,π, Fc-MOF-5cages,141Generation Ofhol low structures Retention of oπgιnalMOF structuresImpregnation WIth functional speαcs PtZMIL-IOI1151AUNI/MIL-IOIUSSimple method to produce MOF composites Hard totune the incorporated nanospeciesBlending assembly Aι√ZIF-8 PamCIe3TiO√ZIF-67 PanIdeS ㈣Easy to ιn∞rpcrate diflerent nanospecies Limitation inMOF hostsSurfaceZintcrfiice growth Te@ZIF-8 nanowιres,l,∙ Fc-soc-MOF colloιdosomcs l141Formation of MOF shells on substrate matenaJsGeneration ofMOF compositesSurface ∞atιng with functional shells UK‰66"iθ2particlcsMZr-CP∕SιO r PE<; PartICkS川Formation of functional shells on MOFs GenaaUOn ofMOF compositesElcctraspinning ZIF-8∕PS fibers1221General synthesis of MOF/polymcr fibersMOFS衍生金属氧化物在所有已报道的锂和钠离子电池负极材料中，金属氧化物因高能量密度(600~1500mA ∙ h∕g)和经济环保的优势成为下一代负极材料的候选之一。
简介MOF-5
金属-有机框架材料金属-有机框架材料（Metal-OrganicFrameworks, MOFs）是一类有机-无机杂化材料，由有机配体和无机金属单元构建而成。
金属—有机骨架材料因具有比表面积大和空隙率大，结构组成多样及热稳定性好等特点，已成为当今新功能材料研究的热点。
具体来说，它的晶体密度为0.21～0.41g/cm3，是目前所报道的贮氢材料中最轻的；它的比表面积很大，已报道合成的此类物质中平均表面积＞2000m2/g，比含碳类多孔材料的还要大数倍；它可以在室温、安全的压力（<2MPa ）下快速可逆地吸收大量的气体。
良好的热稳定性以及便捷的改性手段也使得它备受青睐MOF-5 简介MOF-5 是指以Zn2+和对苯二甲酸(H2BDC)分别为中心金属离子和有机配体，它们之间通过八面体形式连接而成的具有微孔结构的三维立体骨架。
其次级结构单元为Zn4O(-CO2)6，是由以1个氧原子为中心、通过6个带苯环的羧基桥联而成的，其结构示意图如图1-1 所示。
这种物质有着很好的热稳定性，可被加热至300℃仍保持稳定；具有相当大的比表面积和规则的孔径结构：MOF-5 的比表面积是3362 m2／g，孔容积是1.19 cm3／g，孔径是0.78 nm。
MOF-5合成方法金属-有机框架化合物MOFs的合成方法主要有水(溶剂)热法、挥发法、扩散法、直接加入合成法、超声法、微波法。
水(溶剂)热法将金属盐与有机配体溶解在溶剂中，所得混合溶液在反应爸、一定的温度和自生压力下反应，获得目标产物。
水热法始于19世纪中叶，最幵始用于模拟自然界中的成矿作用，随后逐步转向用水热法来合成性能良好的功能材料。
水热法可通过反应爸内部的高温高压作用，使常压下不溶或者难溶的物质溶解，或反应生成该物质的溶解产物，达到一定的饱和度后，结晶析出合成产物。
水热法被用来合成各种各样，稳定存在于水溶液中的配体聚合物晶体材料。
溶剂热法是指将具有不同极性、不同介电常数、不同粘度等特性的有机溶剂(如有机胺、醇类、二甲亚砜、批陡等)作为反应媒介而进行反应的方法。
曹荣-金属-有机框架化合物在吸附与分离中的应用-Final
第x章金属-有机框架化合物在吸附与分离中的应用林祖金、曹荣中国科学院福建物质结构研究所第一节引言金属-有机框架化合物(Metal-organic Frameworks, MOFs) 已经发展成为多孔材料不可缺少的一部分。
其研究内容涉及吸附、分离、荧光、磁性、催化、分子识别等众多领域。
金属-有机框架化合物兼具有无机和有机化合物的特点于一身，通过合理设计和有效调控，可以得到超越传统单一组分的功能材料。
对金属-有机框架化合物的研究不仅包括寻找结构新颖和具有特殊性能的化合物，同时也包括探索MOFs化合物的设计合成、结构调控、结构和性能之间的关系等，这对于开发新型功能材料具有非常重要的意义。
本章主要简要概述金属-有机框架化合物的设计策略，阐述MOFs在吸附和分离方面的应用并初步分析MOFs化合物结构与吸附、分离之间的关系。
第二节基本概念金属-有机材料(Metal-organic materials, MOMs) 被定义为以金属离子和有机配体为单元形成的化合物。
在文献当中，一般将其称为无机-有机杂化材料、配位聚合物或者金属-有机框架化合物。
由于无机-有机杂化材料定义的范围太宽泛，因此这个术语用的相对比较少。
不同的研究小组对另外两个术语的定义不相同，导致许多化学工作者经常混淆使用，使之意义不清。
本章以国际上几个著名的研究小组2012年在CrystEngComm联合报道的最新文献为标准对这两个术语做简单的解释说明[1]。
x.2.1 配位聚合物配位聚合物(Coordination Polymers, CPs) 这一术语早在1916年由Y. Shibata 首次使用[2]，并于1964年第一次出现在综述性文章当中[3]。
然而，直到1989年，配位聚合物的概念才被R. Robson教授明确提出[4]。
配位聚合物是一类结构新颖、性能奇特的高分子材料，是以金属离子作为结点(nodes)、有机配体作为线型连接器(linear bridge)，以配位键加之其它弱相互作用(静电作用、氢键、π-π堆积、范德华作用力等)的形式键合，在合适的条件下通过自组装过程(self-assembly process) 而形成的具有一维(1-D)、二维(2-D)或三维(3-D)无限规整结构的金属-有机材料[4-6]。
dmf在有机反应中的作用
dmf在有机反应中的作用摘要：I.引言- DMF 简介- 在有机反应中的作用II.DMF 在有机反应中的作用1.催化剂- 金属有机框架(MOFs)- 均相催化剂2.溶剂- 反应机理- 溶剂化效应3.反应底物- 亲核取代反应- 芳香族亲核取代反应4.产物- 手性化合物- 异构化反应III.结论- DMF 在有机反应中的重要性- 未来发展方向正文：DMF（N,N-二甲基甲酰胺）是一种广泛应用于有机反应的化合物，具有高度的反应性和多功能性。
本文将重点介绍DMF 在有机反应中的作用，包括催化剂、溶剂和反应底物等方面。
首先，DMF 可以作为催化剂。
金属有机框架（MOFs）是一种具有高表面积、可调结构和可定制功能的材料。
DMF 可以与金属离子配位，形成稳定的金属有机框架，从而作为催化剂参与有机反应。
此外，DMF 还可以作为均相催化剂，在有机反应中起到关键作用。
其次，DMF 是一种优秀的溶剂。
在有机反应中，溶剂的选择对反应速率和立体化学具有重要影响。
DMF 可以与许多有机化合物相容，从而影响反应机理和溶剂化效应。
因此，DMF 在有机反应中作为溶剂具有重要作用。
此外，DMF 还可以作为反应底物。
在亲核取代反应中，DMF 可以与亲核试剂发生反应，生成新的化合物。
在芳香族亲核取代反应中，DMF 作为反应底物可以引入各种取代基团，从而改变化合物的性质。
最后，DMF 在有机反应中还可以生成手性化合物。
通过DMF 与亲核试剂的反应，可以生成具有手性碳原子的化合物。
此外，DMF 还可以参与异构化反应，进一步丰富有机化合物的结构。
总之，DMF 在有机反应中具有多种作用，包括催化剂、溶剂和反应底物等。
这使得DMF 成为有机化学实验室中不可或缺的试剂。
金属有机框架化合物
金属有机框架材料（MOFs）的合成及研究进展金属有机框架（MOFs）材料很容易用金属离子或金属簇（即：SBU,次级构筑单元）和有机配体通过金属-有机配体键连接在一起。
材料的性质由其结构决定，MOFs的基本构造单元是中心金属离子和有机配体，因此开放框架配位聚合物的设计合成可以通过选择合适的金属离子和具有延伸作用的空间配体在分子水平上进行自组装，并通过适当手段对配合物的结构进行调控，来得到结构新颖、性能特殊的MOFs材料。
由于MOFs材料高的孔隙率，好的化学稳定性，可再生性，合成过程和仪器简单以及其迷人的框架结构，潜在的实用价值，使其受到了化学工作者的广泛关注。
在近十几年里已经成为化学学科中发展最快的领域之一，不过由于结构表征以及性能测试方面的限制，增加了MOFs研究的一些难度，但它仍然具有非常广阔的发展潜力[1-2]。
1. MOFs 的合成方法M OFs 的合成过程类似于有机物的聚合, 以单一的步骤进行。
其合成方法一般有扩散法和水热( 溶剂热) 法。
近年来逐渐发展了离子液体热法、微波和超声波合成法等其他合成方法。
[3]1.1 扩散法在扩散法中, 将金属盐、有机配体和溶剂按一定的比例混合成溶液放入一个小玻璃瓶中, 将此小瓶置于一个加入去质子化溶剂的大瓶中, 封住大瓶的瓶口, 静置一段时间后即有晶体生成。
这种方法的条件比较温和, 易获得高质量的单晶以用于结构分析。
但该法比较耗时, 而且要求反应物在室温下能溶解。
1.2 水热( 溶剂热) 法水热反应原来是指在水存在下, 利用高温高压反应合成特殊物质以及培养高质量的晶体。
常温常压下不溶或难溶的化合物, 在水热条件下溶解度会增大, 从而促进反应的进行和晶体的生长。
现在, 人们开始将水热法应用到一般配合物的合成中, 使它的内涵和适用范围扩大。
首先, 反应温度不再局限于高温, 高于水的沸点10℃即可。
其次, 反应介质不再局限于水, 可以全部或部分使用有机溶剂, 称为溶剂热反应。
金属有机框架化合物_MOFs_的研究状况_纪穆为
山 东 化 工 收稿日期:2011-01-28作者简介:纪穆为(1984—),硕士研究生,主要从事有机合成及光化学功能材料研究;夏光明,通讯作者,c h m x i a g m @u j n .e d u .c n 。
金属有机框架化合物(M O F s )的研究状况纪穆为,卢 萍,刘 静,王 敏,刘凤静 夏光明(济南大学化学化工学院,山东济南 250022)摘要:金属有机框架化合物(M O F s )是近十几年来备受关注的材料,在气体吸附,磁性材料,光学材料等领域具有重要的地位和研究价值。
本文报道了最近几年来,国内外M O F s 在气体吸附,磁学,光学以及催化等领域研究的一些进展并展望M O F s 的研究和应用。
关键词:M O F ;气体吸附;磁学;光学中图分类号:T Q 139.7 文献标识码:A 文章编号:1008-021X (2011)02-0042-05T h e P r o c e s s o f S t u d y o nMe t a l -o r g a n i c F r a m e w o r k s (MO F s )J I M u -w e i ,L UP i n g ,L I UJ i n g ,W A N GM i n ,L I UF e n g -j i n g ,X I AG u a n g -m i n g(T h e S c h o o l o f C h e m i s t r y a n d C h e m i c a l E n g i m e e r i n g ,J i n a n U n i v e r s i t y ,J i n a n 250022,C h i n a )A b s t r a c t :M e t a l -o r g a n i c f r a m e w o r k s (M O F s )i s t h e m a t e r i a l w i t h a t t e n t i o n i nr e c e n t d e c a d e s ,a n d i s i m p o r t a n t a n d v a l u a b l e f o r s t u d y i n m a n y f i e l d s ,s u c h a s g a s a b s o r p t i o n ,m a g n e t i c s ,o p t i c m a t e r i a l s .T h e s t u d i e s o n g a s a b s o r p t i o n ,m a g n e t i c s ,p h o t o l o g y a s w e l l a s c a t a l y s i s i n r e c e n t y e a r s w a s r e p o r t e d h e r e ,a n d t h e f u t h e r s t u d y a n d a p p l i c a t i o n o n M O F s w e r e d i v i n e d .K e y w o r d s :M O F s ;g a s a b s o r p t i o n ;m a g n e t i c s ;p h o t o l o g y 1 引言金属有机框架化合物(M O F s ,M e t a l -O r g a n i c F r a m w o r k s )是近十几年来配位化学发展得最快的一个方向,是一个涉及无机化学、有机化学和配位化学等多学科的崭新科研课题。
金属有机框架 功能材料 MOFS
conditions ……
14
2.2 保护性配体法 利用保护性配体预计金属离子形成的配合物与桥
连配体组装成MOFs： 保护性配体对所形成MOFs的 结构具有控制作用
15
2.3 次级构筑单元法 次级构筑单元 ( secondary building unit = SBU) 当桥连配体与金属离子共聚合时, 常能在所形成的结
bpe ≡
13
A major advantage of this approach is that the
manipulations are very easy.
A major disadvantage of this approach is that the
outcomes are often difficult to be predicted since no
within the structure is necessary for its formation), (3)
solvents or nonbonding guests, (4) Auxiliary ligands, (5)
pH value, (6) hydrothermal/ solvothermal
22
2.4 含金属配体 （MLs）法 带有两个或更多能向金属离子配位的配位位置的配合 物，这样的配合物能够将其它的金属离子连接起来。
23
4、MOFs材料研究意义
MOFs材料的研究不仅在于其迷人的拓扑结构, 更在于它具有可剪裁性和结构多样性的特点，易于 进行设计组装和结构调控，为设计纳米多孔材料提 供了一种的可行方法。正是由于MOFs 材料多方面 的优点和用途，其正受到越来越多的重视。新型结 构MOFs 多孔材料的研究及其在应用方面的开发具 有重要的理论和应用价值。
金属有机框架化合物应用于催化反应研究进展
金属有机框架化合物应用于催化反应研究进展田玉雪;许佩瑶;汪黎东;郭祺;王光友【摘要】金属有机框架化合物(Metal-organic frameworks,MOFs)是一种新型有机骨架材料,具有高的表面积和孔隙率,而且多孔框架结构丰富、可控性强,在催化领域具有较大的应用潜力.综述了MOFs催化剂具有的结构特点,并根据MOFs材料的催化方式总结了其在催化方面的相关应用,探讨了MOFs在实际催化应用中的性能优势及可能存在的问题,并对MOFs材料在催化领域中的应用前景做了展望.%Metal-organic frameworks(MOFs)is a new type of organic skeleton materials,it has high sur-face area and high porosity.The porous frame structure of MOFs is rich and controllable,it provides a new research direction in catalytic applications.This paper summarizes the structure characteristics of MOFs catalyst,according to the catalytic way of MOFs materials summed up its related applications in catalysis, discussed the performance advantages and potential problems of MOFs in the practical catalytic applica -tion,and prospected the application of MOFs materials in the field of catalysis.【期刊名称】《应用化工》【年(卷),期】2018(047)004【总页数】3页(P810-812)【关键词】金属有机框架化合物;催化剂;催化反应【作者】田玉雪;许佩瑶;汪黎东;郭祺;王光友【作者单位】华北电力大学环境科学与工程学院环境工程系,河北保定 071003;华北电力大学环境科学与工程学院环境工程系,河北保定 071003;华北电力大学环境科学与工程学院环境工程系,河北保定 071003;华北电力大学环境科学与工程学院环境工程系,河北保定 071003;华北电力大学环境科学与工程学院环境工程系,河北保定 071003【正文语种】中文【中图分类】TQ016.1;O627;O643.32金属有机框架化合物(Metal-organic frameworks，MOFs)是由金属离子或金属离子簇作为节点，多配位点的有机配体作为连接点组合成的具有特殊网络拓扑结构的功能材料，又称多孔配位聚合物。
zif结构式
ZIF-L（Zinc-Involved Protein-Ligand）是一种金属有机框架（Metal-Organic Framework，简称 MOF）材料。
ZIF-L 是由锌（Zn）原子和有机配体（通常为咪唑类化合物）通过配位键形成的晶体材料。
其结构特点是具有大量的金属 - 有机配体单元，形成三维网络结构。
ZIF-L 的结构式如下：
[Zn(L)2]
其中，Zn 表示锌原子，L 表示有机配体。
每个锌原子与两个有机配体相连，形成一个四元环结构。
多个这样的单元相互连接，形成一个三维网络。
ZIF-L 材料具有较高的热稳定性和化学稳定性，因此在气体分离、储存和催化等领域有广泛的应用前景。
MOFs简介详解
有机配体调节
MOFs的配体类型 • • • • 含氮杂环有机配体MOFs 含羧基有机配体MOFs 含氮杂环与羧酸混合配体MOFs 两种羧酸混合配体MOFs
一般来说,空间位阻大的配体不利于形成高维数的网络结构,而具 有稳定的环状结构(刚性) 的有机分子常被用来构筑孔道结构的高维 聚合物,同时,这个刚性分子应至少含有一个多齿型官能团, 如-CO2H、 -CS2H、-NO2、-SO3H、-PO3H等,使之具有很好的配位能力和聚合 -能力。 使用较多的多齿型官能团为-CO2H ,如对苯二甲酸(H2BDC) 、 均三苯甲酸(H3BTC) 、草酸、琥珀酸等。
催化剂
MOFs作为催化剂，可以用于多类反应，如氧化、开环、环氧化、 碳碳键的形成(如氧基化、酰化)、加成(如羰基化、水合、酯化、 烷氧基化)、消去(如去羰基化、脱水)脱氢、加氢、异构化、碳碳 键的断裂、重整、低聚和光催化等方面。 MOFs在催化 剂方面的应用研究已有报道，如，Snejko等综合了磺酸的强酸性 和稀土元素的催化活性这两个因素，利用1，5—二磺酸萘的钠盐 (NDS)与Ln(N03)3· 6H2O(Ln=La、Pr和Nd)通过水热合成得到3种 配位化合物。利用这3种配位化合物来催化氧化里哪醇，能得到 具有重要应用价值的里哪醇氧化物，且反应步骤简单，产率分别 达到100％、94％和75％。
带不同侧链的BDC 配体 The BDC ligands with different side chains
AmTAZ配体的修饰 The decoration of AmTAZ ligand
综上所述,
通过对有机配体的选择、修饰可以设计出不 同孔结构的金属有机聚合物； 有机分子链的长短直接决定聚合物孔径的大 小； 有机配体的修饰基团可调节聚合物的孔结构 和孔表面的物理化学性质； 不同类型的有机配体(如羧酸类的含氧配体、 吡啶类的含氮配体、有机膦类的含磷配体等) 会 改变聚合物的网络拓扑结构。
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手性金属有机框架材料（MOFS）的研究
早在上个世纪90年代初期Hoskins 和Robson[1,2]已经开始研究金属有机框架化合物（其孔隙率和化学稳定性都不高）。
由于MOFS材料高的孔隙率，好的化学稳定性，可再生性，合成过程和仪器简单以及其迷人的框架结构，潜在的实用价值，使其受到了化学工作者的广泛关注。
在近十几年里已经成为化学学科中发展最快的领域（图1），不过由于结构表征以及性能测试方面的限制，增加了MOFS研究的一些难度，但这并不会影响他以后的发展，它仍然具有非常广阔的发展前景[3]。
1-12分别代表2000-2011年
所谓金属有机框架（metal-organic-frameworks）就是指由金属离子或金属簇与含有O、N 原子的有机配体(大部分是吡啶，芳香羧酸类的配体)自组装而成的具有周期性网络结构的配位聚合物[4]，它与高分子聚合物，无机聚合物及碳基材料不同，它具有许多优点，一，由于是由有机配体和金属离子组成，所以它无形中将有机化学，无机化学，配位化学等多个学科联系起来；二，由于是晶体化合物，所以具有高度的有序性、良好的热稳定性及化学稳定性；三是结构能够具有高度的可设计性；四，通过对有机配体的修饰，可以对孔道及表面进行功能化修饰，使其能够满足选择性吸附、催化或实现多功能化[5]；五，金属有机框架化合物的合成比较简单，金属与羧酸或氮杂环反应比较容易。
至今大多数MOFS使用的芳香族的羧酸都是多酸，它们的配位模式多种多样，由于反应过程中环境条件的不同，配位的方式也有所不同（图2：以联苯二酸为例）。
吡啶类的配位模式比较单一（4,4'-联吡啶），且配位能力与羧酸相比弱一些，构筑的框架结构热稳定性能比羧酸的差一些，因此很多框架材料是用羧酸和吡啶类的混合双配体来做的。
1是手性MOFS
2是所有的MOFS O O O O O O O O
O O O O O O O O O O O O O O O O M M M M M M M M M M M M M M M M N N M
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