MOF金属有机框架化合物
铂基金属化合物_mof___概述说明以及解释
铂基金属化合物mof 概述说明以及解释1. 引言1.1 概述铂基金属化合物MOF (Metal-Organic Frameworks) 是一类由有机配体和金属离子组成的晶态材料。
该类材料具有高度可调性和多样性的结构，广泛应用于催化、气体吸附和分离、储能等领域。
其中，铂基金属化合物MOF 以其特殊的结构和优异的性能备受关注。
铂基金属化合物MOF 的晶格结构类似于海绵状网络，由铂金属离子或者铂团簇与有机配体通过配位键连接而成。
这种网络结构提供了大量的活性位点，可用于吸附小分子、催化反应等。
此外，MOF 材料还具有高表面积、孔隙结构可调和功能可调的特点，使其在气体存储与分离、水处理、超级电容器等方面具备潜在应用价值。
1.2 文章结构本文将从不同角度对铂基金属化合物MOF 进行全面概述，并介绍其相关原理及应用。
文章主要包含以下几个章节：第2章正文：将介绍铂基金属化合物MOF 的制备方法，包括溶剂热法、水热法、直接合成法等。
同时，还将详细探讨其晶体结构及表征手段，并介绍一些经典的铂基金属化合物MOF 实例。
第3章第三章节：本章将侧重介绍铂基金属化合物MOF 在催化领域的应用。
示范一些在有机转换反应和能源催化方面的具体案例，并讨论其催化机理和性能优势。
第4章第四章节：该章节将关注铂基金属化合物MOF 在气体吸附与存储以及分离领域的应用。
详细介绍其对于气体分子（例如氢、二氧化碳）的吸附性能以及针对不同气体的选择性吸附能力。
1.3 目的本文旨在系统概述铂基金属化合物MOF 的特点、制备方法和应用领域，并展示其在催化、气体吸附与储存、分离等方面的潜力。
通过深入了解铂基金属化合物MOF 的性质和特点，我们可以更好地利用和开发这类材料在不同领域的应用，为相关研究提供指导和启示。
2. 正文铂基金属化合物MOF（Metal-Organic Frameworks）是一类由有机连接配体与金属离子组成的晶格化合物。
其独特的结构和多样的性质使其在催化、气体吸附、药物传递等领域具有广泛应用前景。
MOFs简介
二羧酸配体: (a) H2BDC; (b) 2 ,6-NDC; (c) BPDC; (d) TPDC Dicarboxylic acid ligands : (a) H2BDC; (b) 2 ,6-NDC; (c) BPDC; (d) TPDC
在众多有机配体中,人们对应用有机羧酸作为配体合成 配位聚合物更加青睐。这是因为羧基具有独特的电子结 构可以形成有趣的拓扑。
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％。
结论与展望 就目前而言, MOFs研究受到了广泛的关注, 而且开始 向其它领域拓展。然而, 由于MOFs合成困难, 从已刊发的 文章来看, 绝大多数的合成方法还是通过溶剂热反应。根 据已报道的文献来看, 绝大多数的MOFs研究采用了芳香羧 酸, 如吡啶二羧酸, 对苯二甲酸, 或咪唑, 三氮唑等具有共轭 结构的配体和过渡金属(主要为第一过渡金属离子)配位体 进行合成。另一方面, 反应条件, 包括浓度, 温度, pH 等对 MOFs的组成和结构有着重要的影响, 甚至可能在MOFs的 形成过程中起到决定性的作用。尽管如此, 现在想通过简 单的设计而直接合成得到精确的MOFs是比较困难, 甚至是 不现实的。但是, 从配位聚合物到MOFs概念的提出, 再到 MOFs在各个领域中的应用, MOFs具有很大的发展空间和 潜力。在今后的很长一段时间里, MOFs的合成和应用将是 化学研究的一个重要分支。
mof分类及特点
mof分类及特点
MOFs（金属有机框架）是一种材料，由金属离子或群组与有机配体组成。
MOFs 的分类可以通过不同的金属离子、有机配体和拓扑结构来实现。
以下是MOFs 的几种分类及其特点：
1. 拓扑结构分类：MOFs可以根据其拓扑结构进行分类，常见的拓扑结构有不同的形状，例如立方体、八面体、棒状和板状等。
2. 含水MOFs和无水MOFs：MOFs可以根据其水含量进行分类。
含水MOFs 可以吸收和放出水分子，而无水MOFs则不具有这种能力。
3. 非孔隙MOFs和孔隙MOFs：MOFs可以根据它们的孔隙结构进行分类。
孔隙MOFs具有一些特殊的孔隙结构，可以用于储存气体、吸附分子和分离化合物等应用。
4. 同质和异质MOFs：MOFs可以根据其构成单元的相同或不同来进行分类。
同质MOFs由相同的金属离子和有机配体组成，而异质MOFs则由不同的金属离子和有机配体组成。
总之，MOFs是一种多样化的材料，可以通过不同的分类方法进行描述和分类。
伽马环糊精金属有机框架相对分子质量
伽马环糊精金属有机框架相对分子质量伽马环糊精金属有机框架（MOF）是一类具有微孔结构和高比表面积的化合物，由金属离子和有机配体组成。
它们在气体吸附、储氢、催化和药物输送等领域具有潜在的应用价值。
相对分子质量（Molecular Weight, MW）是一个重要的物理性质，它对于MOF材料的合成、表征和应用都具有重要意义。
一、伽马环糊精金属有机框架的定义伽马环糊精金属有机框架是一种由金属离子和有机配体构筑而成的微孔晶体。
金属离子通常是过渡金属离子，如铜离子、锌离子、铬离子等，有机配体则是含有酸性官能团的有机分子，如羧酸、吡啶等。
通过配体的配位作用，金属离子和有机配体形成了多种不同的结构，具有丰富的化学和物理性质。
二、伽马环糊精金属有机框架的相对分子质量伽马环糊精金属有机框架的相对分子质量是由其组成单元的金属离子和有机配体的相对分子质量之和组成的。
由于MOF材料具有多种不同的结构，因此其相对分子质量也存在较大的差异。
一般来说，伽马环糊精金属有机框架的相对分子质量较大，通常在数千至数十万之间。
三、伽马环糊精金属有机框架的物理性质与相对分子质量的关系伽马环糊精金属有机框架的相对分子质量与其物理性质有着密切的关系。
一般来说，较大的相对分子质量意味着较大的晶胞体积和较多的微孔结构，这对于气体吸附和分离具有重要意义。
较大的相对分子质量也意味着较高的比表面积和孔径，这对于催化和储氢等应用具有重要意义。
四、伽马环糊精金属有机框架的合成与应用目前，关于伽马环糊精金属有机框架的合成方法和应用研究已经取得了一系列重要进展。
通过热力学方法和溶液合成方法，可以制备出具有不同结构和性质的MOF材料。
对于伽马环糊精金属有机框架在气体吸附、储氢和催化等领域的应用研究也取得了一系列重要的成果。
五、个人观点和总结从讨论伽马环糊精金属有机框架的相对分子质量，可以看出它对于材料的性质和应用都具有非常重要的影响。
在今后的研究中，我们可以进一步深入探讨伽马环糊精金属有机框架的结构与性能之间的关系，探索更多新的合成方法，并加大在能源、环境和医药等领域的应用研究，以促进其在实际生产中的应用。
MOFs简介
• 羧基部分的负电荷密度较大,与金属离子的配位能力较强 • 羧基有多种配位方式,可以形成金属羧酸盐簇或桥连结构, 增加了主体结构的稳定性和刚性,可防止互穿网络的形成 通常人们多选择多元羧酸为有机配体,是因其结构更有独特处 • 完全或部分去质子的羧基展现出不同的配位几何结构,从 而导致更高维数的结构 • 有特殊角度的相邻羧基(180°,120°,60°) 可以在一个特 别的方向上连接金属离子,获得独特的扩展网络,产生预想 的网络结构 • 根据去质子羧基的数目它们不仅可以被当作氢键受体也可 以当作氢键给体
Pore properties of the MOFs from Zn2 + and different dicarboxylic acid ligands
Pore properties of the MOFs from Zn2 + and BDCligands with different side chains
中心金属原子多选过渡金属离子如zn金属离子和配体的物质的量比改变金属离子与配体的物质的量比可引起金属离子配位数的改变溶剂和模板剂目前使用较多的去质子化碱为有机胺类物质如三乙胺dmfdef温度和ph温度不同会影响有机配体的配位能力导致生成的框架结构不同ph控制着体系的质子数直接影响配体的结构和配位能力反应溶液的ph不同生成的框架结构也不同ph增大会使mofs材料的框架单元随之增大有机配体mofs的配体类型两种羧酸混合配体mofs有机配体调节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coh等使之具有很好的配位能力和聚合能力
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％。
MOFs的合成、制备、应用简介
分离,对于MOFs的吸附性能的研究也有不少的报道。
Kim 等合成了甲酸锰配合物其比表面积不是很大，但是这种 配合物对氮气、氢气、氩气、二氧化碳、甲烷等具有选择性的吸
附作用，对氢气和二氧化碳的吸附能力很强，但对氮气、氩气、
甲烷的吸附能力很弱。它可以作为选择性吸附材料，分离氢气、 氮气、二氧化碳、甲烷等混合气体，因此，这种材料会有很重要
的工业应用，如从天然气中脱除二氧化碳，从含有氮气、一氧化
碳或甲烷的混合气中回收氢气。
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应用领域——催化
MOFs因具有不饱和的金属位点，一定尺寸的空洞或可以提 供反应中心的功能基团，使它可以作为催化剂，可以用于多类 反应，如氧化、开环、环氧化、碳碳键的形成、加成、消去脱 氢、加氢、异构化、碳碳键的断裂、重整、低聚和光催化等方 面。
材料、医药、化工等很多领域具有广阔的应用前景，有望在
解决人类社会所面临的许多重大问题的过程中发挥重要作用。
谢谢！
CO2光还原和有机物的光氧化
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应用领域——其他
磁性材料
传感器 药物传输
顺磁性、反磁性
客体影响MOFs光学和磁学性能 药物包埋→孔口修饰官能团→在不同的
外界条件下打开或关闭孔口→药物控制释放 ……
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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。
在合成过程中得到适合测试 X 射线单晶衍射的晶体 ,
增加了 MOFs 合成的难度。在此之前 , 配位聚合物的 相关研究已经进行得比较深入。正是在对配位聚合 物的框架结构进行研究的时候逐渐衍生了 MOFs 的相 关研究领域。
金属有机框架材料的设计与合成
金属有机框架材料的设计与合成金属有机框架材料（Metal-organic framework，MOF）是一类由金属离子或羟基金属离子与有机配体组成的三维网状结构材料。
它们具有极高的比表面积、可调控的孔径大小、高度可逆的吸附性能以及很好的化学稳定性等特点，因此成为研究领域中备受关注的热点。
设计与合成是MOF材料研究的两个重要方面。
材料的可控制备是成功合成MOF材料的关键，而设计则是为制备出高性能、高效率、实用化材料提供了依据。
在设计中，需要综合考虑配位基团的化学性质、构效关系和网络稳定性等方面因素，同时注重制备方法的可操作性与工业化规模化生产的可行性。
一般而言，MOF材料的合成可以分为直接合成法和间接合成法。
直接合成法是指在无机化合物和有机配体间进行化学反应，由于反应条件多变，制备出的MOF材料具有不同的晶体结构和气孔结构；间接合成法是通过先制备出一种前驱物，经过后续处理后得到MOF材料。
在设计和合成MOF材料时，有机配体的选择是十分重要的，一般而言，配体应具有很好的溶解性，同时能够与金属离子形成稳定的配位络合物；此外，合适的可互换的功能官能团的引入也有助于MOF材料的性能调控和应用拓展。
有机配体还可以根据其结构和性能分为刚性和柔性两类。
刚性配体一般具有刚性的骨架结构且受取向限制，能够制备出结构分明的MOF材料，常用于催化剂载体和气体吸附材料等方面；而柔性配体则具有不规则结构和柔性构象调控能力，能够制备出气体选择性较高的MOF材料。
除配体的选择外，金属离子的选择也是MOF材料设计的重要方面。
诸如Cr、Fe、Ni等过渡金属、Zr、Ti等极化性金属离子、以及Bi、In等杂多价金属离子都能与不同的有机配体形成MOF材料。
而选择何种金属离子，不仅会影响MOF材料的结构稳定性和孔径大小，也会影响其应用领域的不同。
例如，Zr-MOFs具有极高的稳定性，经常应用于气体压缩和存储领域；Cr-MOFs既具有极高的催化活性，也应用于光学和电子领域等。
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。
金属有机框架材料
金属有机框架材料
金属有机框架材料，又称MOF材料，是一种由金属配位单元和有机配位单元构建而成的固体材料，它有着独特的结构和多样化的性能，在储气和分离、复杂催化反应等领域具有潜在的应用价值。
金属有机框架材料是一种由许多金属配位单元和有机配位单元组成的三维晶格结构，它具有极强的结构稳定性，结构形状把它分成了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型和IV型四大类。
金属有机框架材料具有大量的空位，其中的空位对应的容积可达到1000且以上的比例，这些空位同时也分布在晶格容积中，这使得金属有机框架材料具有很大的吸附能力，具有应用前景，如分离、储存、直接还原氢气，以及在石油催化、有机合成等领域有着广阔的应用前景。
211219792_金属-有机框架复合物MOFs在水处理膜材料中的研究进展
83基金项目：新疆科技学院大学生创新创业训练计划项目（项目编号：Ｓ２０２２１３５６１０２１；项目名称：水处理用混合基质膜的制备及应用性能研究）成果近年来，随着经济规模的不断扩大和人口数量的不断增加，水资源匮乏和水资源污染的问题日益凸显。
在水资源危机下，具有操作简单、分离效率高、能耗低、占地面积小且对环境友好优势的膜分离技术在污水处理和海水淡化方面取得很大的进展[1]。
膜分离技术的核心是膜材料，目前市售的膜材料多为高分子聚合物膜和无机膜。
高分子聚合物膜，如聚偏氟乙烯（PVDF）、聚醚砜（P E S ）、聚砜（P S ）、乙酸纤维素（CA）、聚丙烯腈（PAN）、聚酰胺（PA）等，虽然具有价格低廉和易加工的优点，但是存在着膜易污染的问题，从而导致膜使用寿命缩短。
对于无机膜，如金属膜、陶瓷膜等，虽然机械强度高、化学性质稳定但是存在着质脆不易加工的问题而限制了其大规模使用[2]。
此外，有机高分子膜和无机膜均受到渗透性能和选择性能的“trade-off”之间相互博弈的trade-off效应困扰[3]。
在高分子聚合物膜中引入一些亲水性的无机粒子制备的混合基质膜不仅结合了聚合物膜和无机膜的优点，而且在膜性能上有较大的提高，能够克服trade-off效应，是目前研究较热的一种膜材料。
但混合基质膜中的两相之间存在排斥作用，造成的界面缺陷对膜性能有着较大影响，限制了混合基质膜的工业化应用。
对球状、管状、片状的填充剂进行有机改性以提高其与聚合物膜的相容性，以减少两相间的界面是目前的聚焦点。
此外，由无机金属离子簇和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孔材料金属-有机框架复合物（MOFs）也得到了许多研究学者的关注。
与修饰后的无机粒子相比，MOFs具有独特的优势：（1）通过选择具有不同配位数的金属离子以改变MOFs中的有机配体个数；（2）可以选择具有不同官能团的有机配体进行功能的定向设计[4]。
本文基于MOFs填充剂的独特优势，对目前研究较多的MOFs材料的不同系列进行概括研究，介绍其在水处理方向的理论基础以及其对混合基质膜性能的影响和相关应用，并对其进行了展望。
金属有机框架材料的绿色合成
金属有机框架材料的绿色合成张彦星1,吴一楠1,2,李风亭1,2(1.同济大学环境科学与工程学院,上海200092;2.上海污染控制与生态安全研究院)摘要:金属有机框架化合物(Metal-organic frameworks,简称MOFs)是由金属离子(或簇)与有机配体配位并经由自组装而形成的一类多孔材料[1]。
MOFs 具有极其发达的孔道结构,比表面积和孔容远超其他多孔材料。
有机/无机杂化这一特点也赋予了MOFs 其他材料(例如沸石、活性炭等)所不具备的无限结构功能可调性[2]。
此外,MOFs 具有移除客体分子而主体框架完好保持的持久孔道或孔穴,这使得MOFs 具有超乎寻常的化学及物理稳定性。
正是基于以上这些特点,MOFs 在许多领域有着丰富的应用[3-4],例如催化[5]、H 2储存[6]、CO 2捕集[7]、药物运输[8]、污染物吸附[9]、生物医学成像[10]等方面。
MOFs 的商业化探索成为了目前的热点。
MOFs 的很多应用都与可持续发展及“绿色材料”有关,但MOFs 本身的合成过程也需要考虑可持续性和环境影响。
金属有机化学所面临的环境挑战是独特的,因为它将金属离子、有机配体的危害联系在一起,且合成过程大多需要大量能耗。
主要介绍了金属有机框架材料的绿色可持续合成,主要分为4个方面:1)使用更安全或生物相容性的配体;2)使用更绿色、低成本的金属源;3)绿色溶剂的开发;4)无溶剂合成法。
关键词:金属有机框架化合物;多孔材料;绿色合成中图分类号:O611文献标识码:A文章编号:1006-4990(2021)02-0017-07Synthesis of metal organic frameworks materialZhang Yanxing 1,Wu Yinan 1,2,Li Fengting 1,2(1.College of Environmental Science and Engineering ,Tongji University ,Shanghai 200092,China ;2.Shanghai Institute of Pollution Control and Ecological Security )Abstract :Metal⁃organic frameworks (MOFs )are a class of porous materials formed by self⁃assembly of metal ions (or clus⁃ters )with organic ligands [1]MOFs have extremely developed pore structure ,and their specific surface area and pore volume are far superior to other porous materials.The feature of organic/inorganic hybridization has also given infinite structural and functional tunability to MOFs that other materials (such as zeolite and activated carbon ,etc.)do not possess [2].In addition ,MOFs have persistent pores and cavitation that remove the guest molecules while the host framework remains intact ,which makes MOFs exceptionally chemically and physically stable.Based on these characteristics ,MOFs have many applications in many fields [3-4],such as catalysis [5],H 2storage [6],CO 2capture [7],drug delivery [8],pollutants adsorption [9],biomedical imaging [10]and so on.The commercialization of MOFs has become a hot spot.Many applications of MOFs are related to sustainable development and “green materials ”,but the synthesis process of MOFs itself also needs to consider sustainability and environ⁃mental impacts.The environmental challenges facing metal organic chemistry are unique because they link the hazards of metal ions and organic ligands ,and most of the synthesis process requires a lot of energy.This review mainly introduces the green and sustainable synthesis of metal⁃organic framework materials ,which are mainly divided into four aspects :1)using safer orbiocompatible ligands ;2)using greener ,low⁃cost metal sources;3)development of green solvents ;4)solvent⁃free synthesis.Key words :metal organic frameworks ;porous materials ;green synthesis全球对可持续技术的需求推动了新型材料和工艺的开发,这些材料和工艺可以改进传统材料和工艺的不足,同时将环境、社会和经济成本降至较低水平[11]。
MOF-一种热门多孔材料
图3. MOF-1的配体、分子基本组件结构和晶体结构。
1. 发展历史：MOF家族及其他课题组的MOF
MOF-801
ＭＩＬ系列拉瓦锡材料研究所
ＨＫＵＳＴ系列及Ｕｉｏ系列
1. 发展历史:沸石咪唑酯骨架（ZIF）
ZIF实际上是一类特殊的MOF材料，具有四面体型 三维网状结构，从结构上类似沸石，使用锌或钴 来代替沸石中的硅，用咪唑配体替代了沸石中的 氧桥 Yaghi课题组于2006年在PNAS 上报道了ZIF-1 到ZIF12的结构。不过，中山大学陈小明院士课题组在 此之前已经合成了与ZIF-7和ZIF-8组成与结构完全相 同的框架化合物，命名为金属多氮唑框架（Metal Azolate Framework，MAF），之后声名显赫的 “ZIF-8”也就是MAF-4。不过，两个课题组合成方 法完全不同。
金属有机框架研究进展汇报
汇报学生：XXX 指导老师：XXX 教授 日 期：2019. 10. 24
主要内容
1
发展历史
2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
研究现状
3
未来方向
1. 发展历史：金属有机框架（MOF）
金属有机框架，也叫多孔配位聚合物，英 文全称为Metal Organic Framework，缩写为MOF， 是由有机配体和无机金属离子或者团簇通过配 位键自组装形成的具有分子内孔隙的有机-无机 杂化材料。
这些芯管逐渐溶解，导致在核@卫星多级结构的中心区域形 成中空管状空腔。随着反应时间的延长，核模板的完全去 除最终导致形成纯相MOF-74-II的中空管状晶体。
1. 通过温度控制的进化实现了从纳米孔MOF 微晶到多级孔MOF超结构的一锅分层组装。 2. 报 道 了 具 有 迄 今 为 止 最 大 孔 道 的 MOF74/USTA-74的同分异构体PCN-74。 3. 报道了面向异相催化的多变量且具有分层 结构的MOF-74-II。
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。
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。
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。
氧化物mof材料
氧化物mof材料
金属有机框架材料（MOF）是由金属离子与有机配体通过配位作用形成的有机无机杂化多孔材料。
它具有结构多样、孔隙率高、比表面积大、孔表面易功能化等优点。
MOF可以通过有效的改性策略提升其导电性和稳定性，使其在电化学能量存储与转化中表现一些特殊的性能。
扬州大学庞欢教授课题组近年来设计开发了一系列微纳米化的MOF。
由于MOF的上述优点，它被广泛应用于各个领域，如药物、染料、化妆品、敏感性试剂如酶和蛋白质等的可控运输和释放体系，高选择性催化剂或催化剂载体，人造细胞、疾病诊断等。
MOFs简介解析
MOF—5对氢气的吸附量为4．5mg·g-1，IR—MOF—6 和IRMOF—8对氢气的吸附量为前者的2倍和4倍，说明白MOFs对 于氢气的存储有较大的潜力。所以，MOFs在自然气和氢气储存， 提高气体能源汽车储气安全性方面很有应用前景。
催化剂
MOFs作为催化剂，可以用于多类反响，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 剂方面的应用争论已有报道，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，且反响步骤简洁，产率分别
气体储存
构造稳定的MOFs可保持永久的孔度，晶体中自由体积百分率 远远超过任何沸石，去掉模板试剂后的晶体密度小到可突破报道过
的晶体材料的底限。对于MOFs特殊的吸附性能，目前主要集中在 甲烷和氢等燃料气的存储方面。Yaghi等对12种MOFs进展了甲烷吸 附性能的争论，这12种骨架都具有MOF—5的拓扑构造，羧酸配体 的功能基团和长度不同，形成的骨架的孔隙和功能不同。结果说明
金属有机框架 功能材料 MOFS
conditions ……
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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
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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。
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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。
mof 氢气水合物
mof 氢气水合物
MOF (金属有机框架) 氢气水合物是一种由金属离子或金属团簇与有机配体构成的结晶化合物，可以吸附和储存氢气。
MOF 氢气水合物通常具有大量的孔隙结构，可以提供较大的表面积，从而增加氢气吸附和储存的能力。
这种特性使其在氢气储存领域具有潜在的应用前景，尤其是在氢能源和氢燃料电池领域。
MOF 氢气水合物的吸附和储氢性能还受到有机配体的选择和合成条件的影响。
研究人员努力开发出更高效的 MOF 氢气水合物，以增加其氢气储存密度和可逆容量，从而推动氢气作为可持续能源的应用。
尽管 MOF 氢气水合物在储氢领域具有潜力，但目前仍存在一些挑战，例如氢气吸附量和释放速率的限制，以及在实际应用中的稳定性和可靠性等问题。
因此，进一步的研究和开发是必要的，以实现 MOF 氢气水合物在氢能源领域的商业应用。
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Cdots比 例 4.8*10-3 时QE最 大
催化剂量 达一定程 度后QE不 再增加
更长波长的比较
复合物催化剂的物理结构
高度多孔颗粒 Cdots(210nm)@C3N4 微晶平面间距 0.202纳米
六方晶结构
复合物催化剂的电子结构
增强的吸收 保持的低禁 带宽度
位于导 带与价 带之间， 允许电 子和空 穴的传 输
计算可得Ev=6.96
光解水的表现
氢氧比接近 2:1,200次无明显 变化
QE随光波长增加ห้องสมุดไป่ตู้减 小
两电子过程
• 机理： • 热力学上4电子(1.23eV)产氢更容易，但二电子过 程产氢速率更高 • 第二步过氧化氢分解较快 • 无需牺牲剂来消耗空穴
无金属催化剂
• C3N4：商业可得，易于合成，禁带宽度低 (207eV) • 问题：QE低、催化剂易被毒害，需要重生 • CDots-C3N4复合物：CDots催化H2O2分解，结合 复合物可以大幅度提高QE和STH， • 同时催化剂不被毒害，无需牺牲剂
高效无金属水光解催 化剂
采用两电子过程
传统方法
• 4电子过程： • 问题： • 1.可见光谱区量子效率(QE)低,STH低于0.1% • 2.光催化剂以稀有贵金属制成。 • 3.光催化剂稳定性低 • 4.氧释放反应困难，需要牺牲剂 • 5.四电子过程生成氧气过电位高 • 6.生成过氧化氢的竞争反应毒害催化剂