金属有机骨架材料(MOFs)简介

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-Organic Frameworks MOFs）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!

构型多样化的类沸石材料[22一],其发展历程大致可以分为三代12.]"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-organic frameworks，

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

料领域的研究热点与前沿。MOFs 材料的出现可以

追溯到 1989 年以 Robson 和 Hoskins 为主要代表的

工作，他们通过 4，4'，4″，4-四氰基苯基甲烷和正

一价铜盐［Cu( CH

3

CN)

4

］·BF

4

在硝基甲烷中反应，

制备出了具有类似金刚石结构的三维网状配位聚合

物

［1］

，同时预测了该材料可能产生出比沸石分子筛

更大的孔道和空穴，从此开始了 MOFs 材料的研究

热潮。但早期合成的 MOFs 材料的骨架和孔结构不

够稳定，容易变形。直到 1995 年 Yaghi 等合成出了

具有稳定孔结构的 MOFs

［2］

，才使其具有了实用

价值。

由于 MOFs 材料具有大的比表面积和规整的孔

道结构，并且孔尺寸的可调控性强，骨架金属离子和

有机配体易实现功能化，因此在催化研究

［3—9］

、气体

吸附

［10］

、磁学性能

［11］

、生物医学

［12］

以及光电材

料

［13］

等领域得到了广泛应用。这些特性貌似与现

有的沸石和介孔分子筛很相似，但实际上却有较大

的差别

［14］

: 如在孔尺寸方面，沸石的孔尺寸通常小

于 1 nm，介孔分子筛的孔尺寸通常大于 2 nm，而

MOFs 的孔尺寸可以从微米到纳米不等; 在比表面

积方面，沸石通常小于 600 m

2

/ g，介孔分子筛小于

2 000 m

2

/ g，而 MOFs 的比表面积可达

10 400 m

2

/ g

［15］

。不但如此，MOFs 可以通过对有机

配体的设计来实现更多的结构，如在 MOFs 中嵌入

立体手性的配体，来实现不对称催化反应

［16］

等。因

此 MOFs 可以应用在一些沸石和介孔分子筛无法应

用的方面。—北化-李庆远

金属一有机骨架材料(metal一"笔anieframework,MOF)通常是指由无机簇(ino嗯anie cluster)同有机配体(linker)相连接形成的具有周期网格结构的晶体材料=.]"不同于传统的无机一有机杂化材料,通过选择不同的金属簇和有机配体,科学家们可以对其进行结

构的设计和修饰"—吉大-徐进

MOFs 材料主要由金属中心和有机配体两个部分组成。金属中心被视为无

机次级结构单元（SBU），而有机配体被视为有机 SBU，两个部分通过配位键

以及其他分子间作用力相互联接，从而构成具有周期性网络结构的晶体材料

[8,9]

。在文献中，MOFs 材料还常见其他的表述，如：有机–无机杂化晶体材料

（ Organic–Inorganic Hybrid Materials ）、多孔配位网络结构（ Porous Coordination Networks）、多孔配位聚合物（Porous Coordination Polymers）等

等。--吉大-吴蕾

金属有机骨架材料,是指无机金属中心与有机官能团通过共价键或离子-共价键

相互链接,共同构筑的具有规则孔道或者孔穴结构的晶态多孔材料[6,71。