金属有机框架材料教学内容
金属有机框架材料的研究及在材料科学中的应用
金属有机框架材料的研究及在材料科学中的应用在当代材料科学领域中，金属有机框架材料已经成为了一个非常重要的研究领域。
这种材料在结构、性质和应用方面都具有独特的优势和特点。
本文将对金属有机框架材料进行一些简要的介绍，并探讨它们在材料科学中的应用。
一、什么是金属有机框架材料？金属有机框架材料(MOFs)是一种由有机连接剂和金属离子组成的网络状结构。
这种材料的独特之处，在于其内部具有大量的空隙，这些空隙大小、形状和位置可以通过调节其化学结构来进行设计和控制。
同时，这种材料的结构和形态也可以通过化学反应和物理过程进行精细调控。
这种材料具有良好的稳定性、可重复性和独特的功能性，因此在诸多领域中有着非常广泛的应用前景。
二、金属有机框架材料的结构和性质金属有机框架材料具有由有机配体和金属离子构成的多孔结构，具有非常高的比表面积和孔容量。
这种材料的孔径大小可以在分子尺度上进行调节，因此对于分子的吸附和分离具有非常好的选择性和特异性。
同时，由于其良好的稳定性和多功能性，金属有机框架材料还可以在催化、传感、药物传输和气体存储等方面发挥重要作用。
三、金属有机框架材料在环境中的应用1. 污水处理金属有机框架材料可以用于水中重金属和特定有机物的吸附和去除。
如铜、铅、锌和镉等重金属和苯酚、甲苯、萘等难降解的有毒有害物质都可以被金属有机框架材料吸附。
此外，通过改变金属有机框架材料的结构，还可以对水中有机物进行无害化处理和降解。
这种材料在环境保护中具有广泛的应用前景。
2. 气体吸附与储存金属有机框架材料在吸附各种气体方面具有非常好的效果。
其多孔结构和孔径大小可以很好地适应各种气体分子的大小，从而对各种气体进行选择性吸附和分离。
这种材料在氢气、氧气和二氧化碳等气体的储存方面具有广泛的应用。
3. 催化反应由于金属有机框架材料具有非常好的孔构造，可以用于催化剂的设计和合成。
这种材料可以用于多种催化反应，如羟基化反应、烷基化反应、有机氧化反应等。
无机化学中的金属有机框架材料
无机化学中的金属有机框架材料无机化学是化学的一个重要分支，研究的是无机物质的结构和性质。
而金属有机框架材料（Metal-Organic Frameworks, MOFs）是一种新型的无机化学材料，是由有机配体和金属离子构成的网状结构。
MOFs具有高度可控的孔隙结构、巨大的比表面积和吸附能力、可控的光学、电学、磁学性质等特点，是具有应用潜力的重要无机化学材料。
一、 MOFs的基本结构和制备方法MOFs的基本结构是有机配体和金属离子通过配位键连接而成的三维网状结构。
由于有机配体和金属离子的多样性，MOFs材料的结构和性质也非常丰富多样。
MOFs中金属离子可以是过渡金属离子、碱土金属离子、稀土金属离子等多种类型，而有机配体也可以是醛类、酸类、胺类、烃类等多样的分子，这些物质可以形成不同形状的孔道，而这些孔道的大小和形状也决定了MOFs材料的吸附能力。
MOFs的制备方法一般分为两种类型，一种是自组装法，一种是物理合成法。
自组装法是指由有机配体和金属离子在水热条件下通过配位键构成框架结构，这种方法常常需要控制水热反应时间、PH值、温度等条件，以合成特定的结构和性质。
而物理合成法则是指采用物理方法将有机和金属化合物某些条件下同时加入反应体系中，使得它们发生化学反应并形成MOFs材料。
这一方法可以得到大量、均匀、高质量的MOFs材料。
二、 MOFs在吸附、储能领域的应用MOFs是一类高度可控的材料，具有巨大的比表面积和吸附能力，是吸附和储能领域的新型材料。
MOFs材料中的孔隙结构可以用于吸附小分子、离子、气体等，具有很强的吸附选择性和储存能力。
例如，MOFs材料可以用于水处理、气体存储和催化反应中。
此外，MOFs材料还被广泛的应用于能源储存领域，如高容量、高效的储氢和储能体系。
MOFs制备时可以控制其孔隙结构大小和形状，不仅能够将能量转化为可控的化学能，还可以将化学能变为可用的储能形式。
以MOFs为储能体系的电极电容器就呈现了很大的前景。
金属有机骨架材料MOFs及其应用ppt课件.ppt
Gu, Z. Y. Yan, X. P. Angewandte Chemie-International Edition 49, 1477-1480 (2010)
Hydrogen Storage in Microporous rganic Frameworks
Rosi, N. L. Eckert, J. Eddaoudi, M. O'Keeffe, M.Yaghi, O. M. science 300, 1027-1029 (2003)
MOF-5的储氢性能
实验流程图
吸附性能
富集效果
105ppb
2030ppb
Metal–Organic Framework MIL-101 for HighResolution Gas-Chromatographic Separation of
Xylene Isomers and Ethylbenzene
• We show the first fabrication of the MOFcoated capillary column for high-resolution GC separation.
78K
298K
Rowsell, J. L. C. Spencer, E. C. Eckert, J. Yaghi, O. M. science 309, 1350-1354 (2005)
Metal Organic Frameworks as Adsorbents for Trapping and Preconcentration of Organic Phosphonates
铁基金属有机骨架材料(Fe-MOFs)简介教学内容
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溶剂热法（Solvothermal Synthesis）
FeCl3 + NH2-H2BDC
（乙腈为反应媒介）
在NaOH大量存在的时候，Fe-MIL-88B-NH2结晶
即使NaOH很少，Fe-MIL-88B-NH2也会结晶
Inorganic Chemistry, Vol. 47, No. 17, 2008
展望
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储气
Phys. Chem. Chem. Phys., 2011, 13, 5042–5046
J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 206–211
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储氢
J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 206–211
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Phys. Chem. Chem. Phys., 2011, 13, 5042–5046
J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 206–211
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催化
材料选取
催化臭氧化
催化剂
O3
·OH
O21O2
催化剂
表面Lewis酸位点（吸附O3） 传质能力（孔隙度）
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传感器
应用原理：分析物与框架内的有 机配体或金属离子之间的相互作 用
Microchim. Acta 2017, 184, 2265
Biosens. Bioelectron. 2016, 86, 432
金属有机框架材料的制备与应用方法
金属有机框架材料的制备与应用方法金属有机框架材料（Metal-Organic Framework, MOF）是一种由金属离子或金属羧酸与有机配体相互作用形成的晶体材料。
由于其高度可控性和特殊的结构性质，金属有机框架材料在各个领域都有广泛的应用。
本文将从制备方法和应用领域两个方面来探讨金属有机框架材料的研究进展。
首先，我们来了解一下金属有机框架材料的制备方法。
目前常用的制备方法包括溶剂热法、水热法、气相法和物理混合法等。
其中，溶剂热法是最常用的制备方法之一。
通过将金属离子和有机配体在适当的溶剂中反应，形成均匀的溶液。
然后，将溶液加热至一定温度，使金属离子与有机配体形成框架结构，并逐渐析出结晶。
此外，水热法与溶剂热法相似，但是需要在高温高压条件下进行反应。
气相法则是通过金属离子与有机配体在气相中的反应，形成金属有机框架材料。
物理混合法则是将金属离子和有机配体以一定比例混合，然后通过加热或振荡等方法使其结晶形成框架结构。
接下来，我们了解一下金属有机框架材料的应用领域。
由于金属有机框架材料具有大比表面积、可调节的孔径和丰富的功能基团等特点，因此在气体吸附与分离、催化、传感、能源存储等领域有着广泛的应用前景。
首先是气体吸附与分离。
由于金属有机框架材料具有特殊的孔结构，可通过调节孔径和表面修饰来实现对不同气体分子的选择性吸附和分离。
例如，通过选择性吸附二氧化碳，可以应用于二氧化碳捕获和储存，减少温室气体排放。
此外，金属有机框架材料还可应用于天然气分离、有机气体捕获等领域。
其次是催化领域。
金属有机框架材料可以通过调节金属离子和有机配体的种类和比例，来实现对于不同催化反应的调控。
例如，可将金属有机框架材料作为催化剂用于有机反应，具有高催化活性和选择性。
此外，金属有机框架材料还可应用于电催化、光催化等领域。
再次是传感领域。
金属有机框架材料可以通过调节其结构和组分，实现对特定物质的检测和传感。
例如，通过改变金属离子和有机配体的种类，可以制备出针对特定有机分子或金属离子的传感材料。
金属有机框架材料及其应用
金属有机框架材料及其应用金属有机框架材料（Metal-Organic Frameworks, MOFs）是一种以金属离子为中心、有机配体构筑而成的材料，其独特的孔隙结构和表面功能化被广泛研究和应用。
MOFs的结构特点使其具有高度可调性和多样性，适用于各种领域的应用，如气体储存、分离、催化、传感和药物递送等。
本文将从材料的特点、合成方法和应用方面进行探讨。
1. 材料特点：MOFs的最大特点是具有大量的空间结构，使其在气体吸附和分离等领域有着广泛的应用前景。
MOFs可以根据需要调整其孔道大小和结构，包括孔径大小、孔隙度、孔壁厚度等。
此外，MOFs的层间距也可以进行调节，从而实现多样性的应用。
同时，由于其晶格中含有可自由组合的金属离子和有机配体，MOFs具有优异的化学和物理特性，比如可逆转化和多彩的发光性质等。
2. 合成方法：MOFs的制备方法多种多样，包括溶剂热法、水热法、微波法等，其中最常用的是溶剂热法。
制备MOFs的关键是要选择合适的金属离子和有机配体，以及适宜的配比和条件。
此外，还需了解不同合成方法的适用范围和优缺点，以便有效地合成所需的MOFs。
3. 应用方向：3.1. 气体储存和分离：由于MOFs中的孔道可以装载气体分子，因此被广泛应用于气体储存和分离领域。
MOFs可以根据需要，选择性地吸收和释放气体，从而实现高效低成本的气体分离。
例如，通过调节MOFs的孔径大小和化学性质，可以实现对二氧化碳、氢气等气体的高效固定和分离，这对于环保和工业生产是非常有意义的。
3.2. 催化应用：MOFs的孔道结构和表面化学性质是其在催化反应中的重要特点。
MOFs可以作为催化剂和反应支撑材料，具有较高的选择性和活性。
MOFs也可以通过修饰其表面，引入酸碱、金属等辅助活性位点，实现催化反应的协同作用。
例如，MOFs在催化剂、电催化和光催化反应等领域均有亮点，对生命科学、化学能量等具有重要的意义。
3.3. 传感应用：MOFs的结构特点和表面化学性质使其成为一种优良的传感材料。
金属有机框架材料简介
金属有机框架材料简介1. 什么是金属有机框架材料？说起金属有机框架材料，很多人可能会皱眉，心想这又是什么新鲜玩意儿？别急，听我慢慢给你讲。
简单来说，金属有机框架（MOF）就是一种由金属离子和有机配体构成的材料，像是一座用金属和分子搭建的精致建筑。
想象一下，这种材料就像是一个迷你版的蜂巢，里面有许多小孔洞，这些孔洞不仅让它们看起来神奇，还赋予了它们独特的性质。
1.1 MOF的构造首先，MOF的构造特别迷人。
金属离子在这个结构中扮演着支架的角色，就像是建筑中的钢筋，而有机配体则像是砖块，把这些金属离子紧紧地连接在一起。
这样的组合让MOF拥有了大量的孔隙，可以储存气体、液体，甚至是药物，真的是个多才多艺的小家伙。
1.2 MOF的特点再来聊聊MOF的特点。
你知道吗？这些材料的比表面积大得惊人，通常能达到几千平方米每克，这简直就像是一个超级吸尘器，能吸附大量的分子。
而且，它们的结构可以根据需求进行调整，就像变形金刚一样，随时变化！这使得MOF在气体存储、分离、催化等领域都显得特别有用，真是个无所不能的“小能手”。
2. MOF的应用那么，MOF到底有什么用呢？先来聊聊它在气体存储方面的应用。
随着环保意识的增强，很多人开始关注氢气和二氧化碳的存储。
MOF的高比表面积和孔隙结构，使得它们在储存氢气时，能做到既安全又高效，简直是给新能源的发展添砖加瓦。
2.1 催化反应除了气体存储，MOF在催化反应方面也展现了强大的潜力。
你知道吗？在化学反应中，催化剂的作用就像是加速器，能让反应更快速、效率更高。
MOF由于其独特的结构，可以提供更多的反应位点，使得反应速度提升，降低了能量消耗。
这一特点让它们在化工行业中大放异彩，像是化学反应中的“超人”。
2.2 环境治理再说说环境治理。
随着工业化的推进，环境污染问题日益严重。
MOF可以用于水处理和空气净化，吸附有害物质，减少污染。
就像是给环境做了一场“美容”，帮助清理那些碍眼的污垢。
金属有机骨架材料(MOFs)PPT课件
精选PPT课件
5
MOFs are composed of metal nodes and organic linkers that can be systematically tuned in terms of chemical composition and precise arrangement— an attribute that differs from purely inorganic zeolites,which consist largely of silicon or aluminium ions linked by oxygen atoms.
2 Stability of metal–organic frameworks
3 MOF stability in catalytic systems
4 Future perspectives
精选PPT课件
3
1
Introduction
精选PPT课件
4
Metal–organic frameworks (MOFs) are a scientifically compelling and functionally evolving class of meso-, micro- and ultramicroporous materials. MOF structures encompass dozens of topologies, including several, such as sodalite and Rho, that are also well known for zeolites. MOFs have been explored for many applications including, but not limited to, gas storage and release, chemical separations, drug delivery, catalysis, light harvesting and energy conversion, and, recently, the degradation of toxic substances such as chemical warfare agents
金属有机框架材料
毒性问题
部分金属有机框架材料可能 含有有毒元素，如铅、汞等， 这限制了其在某些领域的应 用。
未来发展方向与前景
提高稳定性
通过改进合成方法和材料设计， 提高金属有机框架材料的稳定性 和耐候性，使其能在更广泛的环
境条件下应用。
降低合成成本
发展更高效、低成本的合成方法 ，降低金属有机框架材料的生产 成本，促进其在工业领域的应用
金属有机框架材料
目录
• 金属有机框架材料简介 • 金属有机框架材料的合成与制备 • 金属有机框架材料的结构与性质 • 金属有机框架材料的应用研究 • 金属有机框架材料的挑战与前景
01
金属有机框架材料简介
定义与特性
定义
金属有机框架材料（MOFs）是一 种由金属离子或团簇与有机配体通 过配位键自组装形成的多孔晶体材 料。
孔径可调
MOFs的孔径可以在原子尺度上精 确控制，这使其成为存储和分离 气体分子的理想选择。
高比表面积
MOFs的比表面积通常很高，这使 得它们在催化、传感器和能量存 储等领域具有潜在应用。
物理性质
光学性质
01
某些MOFs具有独特的光学性质，如荧光或非线性光学性质，使
其在光电器件、传感器和光学器件中有潜在应用。
光电性能
总结词
金属有机框架材料具有优异的光电性能，可 应用于光电转换和发光器件等领域。
详细描述
金属有机框架材料具有优异的光电性能，如 高电子迁移率、良好的光学透性和可调的能 级结构等。这些性质使得金属有机框架材料 在光电转换器件（如太阳能电池和光电探测 器）和发光器件（如OLED和LED）等领域具 有广泛的应用前景。通过进一步优化材料的 结构和组成，可以进一步提高其光电性能。
金属有机框架材料的合成,结构和性质的研究
金属有机框架材料的合成，结构和性质的研究一、本文概述金属有机框架材料（Metal-Organic Frameworks，简称MOFs）是一类由金属离子或金属团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90年代初首次被报道以来，MOFs材料因其独特的结构和性质，在气体存储与分离、催化、传感、药物输送等领域展现出广阔的应用前景。
本文旨在综述MOFs材料的合成方法、结构特点以及性质研究的最新进展，以期为相关领域的研究者提供参考和启示。
在合成方面，本文将详细介绍MOFs材料的常见合成方法，包括溶剂热法、微波辅助法、机械化学法等，并探讨各种方法的优缺点。
同时，还将关注合成过程中的关键因素，如反应温度、时间、溶剂选择等，对MOFs材料结构和性质的影响。
在结构方面，本文将重点分析MOFs材料的结构特点，包括孔径大小、孔道形状、拓扑结构等，并阐述这些结构特性如何影响其性能。
还将关注MOFs材料的表面修饰和功能化策略，以提高其稳定性和应用性能。
在性质研究方面，本文将详细介绍MOFs材料在气体存储与分离、催化、传感、药物输送等领域的应用及其性能表现。
还将探讨MOFs材料在实际应用中面临的挑战和解决方案，以期为其未来发展提供有益的建议。
本文旨在对MOFs材料的合成、结构和性质进行全面而深入的探讨，以期为相关领域的研究者提供有价值的参考和启示。
二、MOFs的合成方法金属有机框架材料（MOFs）的合成是一个涉及多种化学方法和技术的复杂过程。
根据合成条件、反应物和反应机理的不同，MOFs的合成方法可以分为多种类型。
溶剂热法：这是MOFs合成中最常用的一种方法。
在这种方法中，金属盐和有机配体在溶剂（通常是N,N-二甲基甲酰胺、乙醇、水等）中混合，然后在一定的温度和压力下进行反应。
溶剂热法能够提供足够的能量来驱动反应进行，并有助于形成具有特定结构和性质的MOFs。
微波辅助合成法：这种方法利用微波产生的热能来加速MOFs的合成过程。
金属有机框架材料的合成与应用教程
金属有机框架材料的合成与应用教程随着科学技术的不断进步和材料科学的快速发展，金属有机框架材料（MOFs）作为一类新型晶态材料受到了广泛关注。
MOFs由金属离子或金属簇与有机配体通过共价或配位键相连而形成。
它们具有多孔性、高度可调性和光学等性质，在气体储存、催化、分离科学等领域具有广泛的应用前景。
本文将从MOFs的合成和应用两个方面进行介绍。
合成MOFs的方法有很多种，这里介绍一种常见的溶剂热法。
首先，选取适当的金属离子和有机配体，它们的选择将直接影响MOFs的结构和性能。
然后，将金属离子和有机配体按一定的比例溶解在有机溶剂中，并进行搅拌使其均匀混合。
接下来，将溶液转移到一个密封的反应容器中，通常是一种高温高压的条件下进行反应。
在此过程中，金属离子和有机配体通过配位键形成晶核，然后晶核之间通过配位键或氢键相互连接形成MOFs晶体。
最后，用溶剂或其他方法对反应产物进行分离和洗涤，得到MOFs晶体。
MOFs的合成方法不仅限于溶剂热法，还包括溶剂挥发法、溶剂炽烧法等。
每一种方法都有其特殊的优势和适用范围。
因此，在合成MOFs时需要根据具体的需求选择合适的方法。
接下来，我们来讨论一下MOFs的应用。
由于MOFs具有多孔性，可以通过选择适当的金属离子和有机配体来调节孔径和孔隙结构。
这使得MOFs在气体储存和分离科学中具有重要的应用。
例如，MOFs可以作为合适的吸附材料用于存储和分离气体，如CO2的吸附和储存。
此外，MOFs还可以作为催化剂在化学反应中发挥重要的作用。
由于其高度可调性，可以通过选择合适的金属离子和有机配体来设计和合成具有特定催化活性和选择性的MOFs。
此外，MOFs还可用于光催化、电化学储能等领域。
然而，虽然MOFs在理论上具有广泛的应用前景，但其实际应用仍面临一些挑战。
首先，MOFs的稳定性和耐久性需要进一步提高，以满足实际应用的要求。
其次，MOFs合成的可扩展性和可重现性也是一个挑战。
如何在大规模生产中保持MOFs的结构和性能稳定是一个亟待解决的问题。
金属有机骨架材料原理与应用课件
1 2 3
酸碱性质
金属有机骨架材料可以具有酸性或碱性，这取决 于其组成和结构，可用于酸碱催化反应。
配位性质
金属有机骨架材料中的金属中心可以与多种配体 进行配位，形成配合物，这有助于理解金属配位 聚合物的合成与性质。
反应活性
金属有机骨架材料可以作为催化剂或反应载体， 用于各种化学反应，如烷基化、氧化、还原等。
物理性质
高比表面积
01
金属有机骨架材料通常具有高比表面积，有利于提高吸附和分
离性能。
光学性质
02
某些金属有机骨架材料具有独特的光学性质，如荧光、磷光等
，可用于传感器、发光器件等领域。
电学性质
03
通过引入不同类型和数量的电荷基团，可以调节金属有机骨架
材料的电学性质，如导电性、电化学性质等。
化学性质
详细描述
金属有机骨架材料具有高比表面积、高孔容、可调的孔径和 功能性强的特点，这些特性使得它们在气体储存、吸附分离 、光电转换和传感器等领域具有广泛的应用前景。
分类与合成方法
总结词
金属有机骨架材料可以根据不同的分类标准进行分类，如根据金属离子类型、有机配体类型和孔径大小等。合成 方法包括模板法、溶剂热法、水热法等。
。
04
金属有机骨架材料的挑战与 前景
面临的挑战
01
02
03
稳定性问题
金属有机骨架材料在湿度 、温度等环境因素影响下 易发生结构变化和稳定性 下降。
合成方法的复杂性
金属有机骨架材料的合成 通常需要精确控制反应条 件，合成过程较为复杂。
孔径调控的局限性
目前金属有机骨架材料的 孔径调控仍存在较大的局 限性，难以实现多样化的 孔径结构。
第章--金属有机框架材料的合成课件 (一)
第章--金属有机框架材料的合成课件 (一)第章--金属有机框架材料的合成课件，是一门非常重要的课程，它主要讲解了金属有机框架材料的合成方法、成分分析和表征，以及该材料在催化、传感等方面的应用，下面我们就来一起了解一下吧。
一、金属有机框架材料的合成方法金属有机框架材料是指由金属离子与有机配体通过化学键结合形成的多孔结构材料。
在本章课件中，我们主要学习了以下几种合成方法：1. 溶剂热法：该方法是将金属离子和有机配体等混合在一定比例的有机溶剂中，在一定温度下反应，从而形成金属有机框架材料。
2. 水热法：该方法与溶剂热法类似，只不过反应介质是水，可以得到高温下不易得到的金属有机框架材料。
3. 碘离子导向法：该方法是使用碘离子作为导向剂，来控制金属离子和有机配体的方向和多孔性质，从而形成具有独特结构的金属有机框架材料。
二、金属有机框架材料的成分分析和表征在本章课件中，我们还学习了几种常用的成分分析和表征方法，比如X 射线衍射法、氮气吸附-脱附法、扫描电镜等，这些方法可以帮助我们确定金属有机框架材料的化学成分、晶体结构、孔径大小和分布等重要参数。
三、金属有机框架材料的应用金属有机框架材料具有很多优异的物理和化学性质，因此在催化、传感、分离等领域有着广泛的应用。
在本章的课件中，我们也学习了一些具体的应用案例，比如将金属有机框架材料作为催化剂，可以在低温下进行有机反应，而传感领域则可以使用金属有机框架材料来检测各种气体和液体。
综上所述，第章--金属有机框架材料的合成课件是一门非常实用和重要的课程，通过对该课程的学习，我们可以掌握金属有机框架材料的合成方法，了解其成分分析和表征方法，以及学习其在各领域的应用，这对于我们的未来研究和工作具有重要的指导意义。
金属有机框架材料的设计和合成
金属有机框架材料的设计和合成金属有机框架材料(MOFs)是一种新兴的材料，在化学、物理、生物等领域中有着广泛的应用。
MOFs一般由有机配体和金属离子构成，通过配体的化学结构和金属离子的选择，可以调控MOFs 的物理、化学性质及其应用，因此MOFs设计与合成的研究成为了材料科学中的热门研究方向。
一、MOFs的结构与性质MOFs是一种具有较大的比表面积和多孔性的晶体材料。
其由金属离子及多齿配体化学键配合而成，被称为金属离子配位聚合物。
由于配合物的多样性，MOFs的结构具有多样性，包括单元胞尺寸、孔径和孔的形状等。
MOFs通常表现出很高的表面积和孔容量，这是由于它们的结构中存在大量的微米级或纳米级孔隙。
同时， MOFs表现出多种特殊性质，如气体吸附、分离、存储和催化反应等，这些特殊性质使得它们在环境保护、储能、药物传递等方面有广泛应用前景。
二、MOFs的设计在MOFs设计中，配体的选择极其重要。
配体的化学结构是决定MOFs结构和性质的基础，通过对配体主体原子、配体的官能团和配体的空间排布的设计，可以实现对MOFs结构和特性的调控。
设计的目的可以根据应用需求的不同而有所变化。
例如，为了提高MOFs的催化活性和选择性，需要更换不同种类的金属离子和配体，或者加入协同催化剂；为了提高 MOFs 的气体吸附稳定性，需要在配体上引入π共轭体系或氢键，加强分子与配体之间的相互作用，使稳定性更高等。
三、MOFs的合成MOFs的合成方法也很多样，主要可以分为水相和非水相合成方法。
水相的合成方法由于温和、方便以及可以使用无机酸、无机碱等廉价试剂，目前已经成为最为常规的合成方法之一。
MOFs 的合成一般可以分为四个步骤：准备金属盐和配体；配合物的混合；晶体的生长和夹杂物的去除。
尤其需要注意一点，在MOFs 的合成中，可能会出现杂质的问题。
为了降低杂质影响，通常需要对 MOFs 进行显微光谱、热重分析等表征，最终得到纯净的MOFs 样品。
第十一章--金属有机框架材料的合成PPT课件
水热与溶剂热法： 耗时较短，易于生成高维度MOF材料，且具有较好的热稳定性，可以解决 室温下反应物不能溶解的问题。
微波辅助合成法： 耗时短，所得晶体较小，但吸附能力不变；超过30分钟，所得晶体有瑕疵。
机械化学合成法：反应时间短，无溶剂或微量溶剂，制备量大(可达公斤
级)、耗能低(不需要加热)且操作方法简单。
2021/7/22
9
1 反应条件对金属有机框架结构的调控
既可能出现热力学控制产物，也可能出现一种、甚至多 种动力学控制产物。形成热力学控制的结晶产物所需的 活化能比形成动力学控制的结晶产物的活化能要明显高 一些，而热力学控制的结晶产物比动力学控制的结晶产 物更稳定。
2021/7/22
10
1 反应条件对金属有机框架结构的调控
第二节 金属有机框架材料结构调控与合成工艺
2021/7/22
1
1 反应条件对金属有机框架结构的调控
分子自组装: 通过共价键或非共价键相互作用，自发地组装形成稳定 的有序结构和器件。
2021/7/22
2
1 反应条件对金属有机框架结构的调控
氢键
范德华力
配位键
作用力
静电作用力
疏水作用力
2021/7/22
2021/7/22
20
1 反应条件对金属有机框架结构的调控
随着反应体系pH值提高，苯甲酸根与4,4’-联吡啶比例从 1:1开始，逐步提升到2:1。显然，高pH 值有利于苯甲酸 脱去质子，参与配位。与此同时，高pH 值有利于4,4’-联 吡啶形成桥连配位。在低pH 值时，4,4’-联吡啶以单端配 位、另一端不配位而以形成氢键的形式存在于化合物中。 到了pH 值为8.0时，4,4’-联吡啶只表现为桥连配位。另外， 高pH 值有利于出现羟基配体。
金属-有机框架材料的光学性质及应用PPT课件
2
发光机理
3
影响因素
4
光学应用
2021/7/24
2
一、金属-有机框架材料：
Metal-Organic Frameworks，简称MOFs 一种配位聚合物：金属中心和有机配体 孔洞或是孔道结构 在气体储存、催化反应、光学材料都有广泛
应用
2021/7/24
3
一、 金属-有机框架材料：
有机配体的设计 l 制备条件的设计 l 弱相互作用力
电子从金属离子的基态跃迁到配体的激发态mlct10三影响mofs发光因素客体分子主体框架需要客体小分子来稳定改变客体分子的尺寸和种类来调节mofs的发光波长和强度11主客体配合物dongchem
金属-有机框架材料的光 学性质及应用
2021/7/24
安徽工业大学 配位化学
2014年10月
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目录
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简单介绍
2021/7/24
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MOFs转变
J. 2021/7/24 R. Li; H. C. Zhou*. Nature Chemistry 2010, 2, 893
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二、MOFs发光机理
有机配体：具有大的π-共轭体系和良好平 面性的有机分子
COOH
N
N
N
Ru
N
N N
COOH
2+
2C l-
2021/7/24
13
溶剂小分子荧光பைடு நூலகம்灭
2021/7/24 Kuei-Fang Hsu* Inorg. Chem. 2010, 49, 2316–2324
14
四 、MOF的光学应用
A Highly Fluorescent Chiral Cage of Metallosalalen for Enantioselective Recognition and Sensing
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机理与过程: 载体基板经过有机官能团如羟基、羧基、氨基、吡啶基
等修饰后,可以与金属离子发生配位作用,从而进一步不断与有 机配体、金属离子分步逐层发生配位作用,最后实现MOFs在基 板上的层层生长。这类方法主要用于制备SURMOF膜。
金属有机框架膜的应用
越来越多的MOFs材料被设计与合成,并且应用于气体存 储与分离、发光、催化等。对MOF膜的应用研究也引起了广大 的关注。MOF膜体现的优异的气体分离性能,使其能在能源、 工业、环境等领域具有潜在的应用前景。同时,MOF膜对气体 与蒸气的传感与选择性探测的应用,使其在工业生产、化学污 染气体探测、公共场所的安全、环境监测等具有广阔的应用 前景。MOF膜具有成本低、过程简单等特点,MOF膜的研究与发 展对于MOFs材料的器件化和商业化具有重要的意义。
金属有机框架材料
一、选择透过性是膜 最显著的一个特点； 二、膜能够充当两相 之间的界面或者是屏 障，该膜要能够与两 侧的流体相互接触； 三、膜的传质动力可 以是温度差，浓度差， 电势差，压力差等。
金属有机框架膜的合成策略
通过一定的方法可以获得两种类型的金属有机框架膜: (1) 金属有机框架晶体或粒子任意取向地堆积在支撑体表面的多 晶膜, 此种膜上的晶体可以是互生并完全覆盖载体的表面, 也可 以是晶体散落在载体上; (2) 载体表面与金属有机框架的晶体之间具有相互作用, 导致晶 体沿着某一个特殊的方向生长,从而获得具有择优取向的金属有 机框架膜。虽然金属有机框架膜的制备方法很多, 根据制膜材料、 载体结构、膜孔径大小、孔隙率、载体性质和膜厚度等的不同, 可以选择不同的制膜方法.
此外, 作为薄膜, Pd和MOF-5 膜可作为催化电极和传感 器. Schwab 等将HKUST-1 材料长在大的管状支撑物上, 形成MOF@大孔支持的复合膜, 以此作为催化反应器。
前景与展望
金属有机框架膜是无机膜领域的前沿方向之一,其在基础 理论和实际应用方面显示了巨大的潜力. 相对分子筛膜, 金属有机框架膜具有众多的突出优点: (1)独特的柔性框架结构使膜与载体之间的热膨胀系数更 好地匹配, 提高了金属有机框架材料的热稳定性,有利于 分离模具的构建; (2) 金属有机框架膜的分离性能可以通过吸附选择性和扩 散选择性来预测和设计; (3) 基于疏水金属有机框架材料构建的疏水复合基质膜具 有优异的分离性能; (4) 控制金属有机框架结构与官能团种类, 进而调节催化 或传感的活性与选择性; (5) 金属有机框架材料的可设计的柔性和骨架可调性使其 成为新型质子传导材料的候选.
气体膜分离
膜分离主要是利用混合物中各组分在通过膜这一障碍 物时展现不同的渗透性能来实现组分的分离、浓缩和提纯。 组分分子在多孔膜中传质机理主要有：Knudsen扩散，分 子筛筛分机理以及表面扩散流。
Байду номын сангаас
化学传感与探测
金属有机框架材料结构和性质的可调控性使其具有优 于其他化学传感材料的重要优势.。金属有机框架材料的高 孔隙率可以为传感提供高的灵敏性和他们用铜片作电极, 采用蒸发的方法在膜的上面覆盖圆形的铝电极, 通过改变 相对湿度来检测电容的线性响应, 结果显示出很好的灵敏 性和选择性, 而且测试结果随着时间的延长具有再现性和 稳定性.。
逐层(LBL)沉积法
通常情况下, 金属有机框架膜的合成与金属有机框架 粉末的合成相似, 但这些合成条件可能不是膜形成的最优 条件, 直接的生长方法往往需要自组装单层或晶种将载体 的表面功能化促进膜的形成。在某些情况下, 金属有机框 架膜的获得可以通过载体分别浸泡在金属和有机前驱体的 溶液中, 一次一个分子层或离子层的方式来生长 载体表面 上修饰的功能基团可能导致金属有机框架结构在一个特定 的晶体方向生长, 从而形成具有择优取向的薄膜。
二次生长法
二次生长法又称晶种法, 是将晶体成核和晶体生长的
步骤在水热/溶剂热合成之前分开。
首先合成出均匀的纳米级金属有机框架晶种, 然后用物 理方法在载体表面形成一层MOF晶种层, 再将载体放入一 定浓度MOF 膜的合成液中, 在一定条件下晶化成膜。晶种 的存在使膜的形成不需要成核期, 改变了晶体在载体上的 生长行为, 缩短了合成时间, 从而可以得到均匀的且厚度较 薄的金属有机框架膜。
直接法的优点在于操作过程简单、适用性强、投资成 本低，但由于合成液在支撑体表面随机成核, 因而直接法 对合成条件的要求比较苛刻.
以MOF-5为例,首先多孔氧化铭放置于1,4-对苯二甲酸的 DMF溶液中半小时,然后再加入脱水的Zn(N03)2·0.86H20,最 后加热至105℃，溶剂热反应便可得到M0F-5多晶膜。下图 表明M0F-5颗粒在多孔氧化铭基扳上形成连续密堆积,从截面 图可以估计其膜的厚度约为5μm。
对于大多数MOFs,采用大尺寸的MOFs颗粒作为晶种时并不 能制备出好的MOF膜。制备纳米尺寸的MOFs颗粒作为晶种,然 后采用二次生长法制备MOF膜成为解决该问题的方法。将室温 下制备ZIF-7纳米晶分散于聚乙稀亚胺的水溶液中,然后浸涂于多 孔氧化铝基板上,最后釆用二次生长法制备连续致密的、可用于 气体分离的ZIF-7多晶膜。在浸涂纳米晶时,聚乙稀亚胺通过氧键 作用增强了ZIF-7纳米晶与多孔氧化销基板之间的相互作用。
目前,MOF多晶膜的制备方法有：原位晶化法、二次生长法、 逐层沉积法等
原位晶化法
原位晶化法, 又称直接法。在水热或溶剂热条件下, 将载体直接与前驱溶胶或溶液接触, 金属有机框架晶体在 支撑体表面附近形成局部过饱和, 在支撑体表面产生晶核, 通过不断长大、相互融合、交联而形成金属有机框架膜。 在成膜过程中, 晶体的生长在支撑体的表面与溶液中同时 进行, 这种生长方法使得晶体以一定的互生及连续的形式 生长于支撑体的表面。
目前， MOF膜应用于传感与探测的方式有：发光性能 的改变（发光强度、峰位等）、膜颜色的变化、吸收光谱 的变化、质量的改变、电学性能的变化等等。
催化
大量的研究证实, 金属有机框架材料可以作为均相催化 物质且具有良好的活性和选择性。MOF 的无机-有机杂合 结构和多孔性, 为在孔结构中创造一个或多个催化位点提 供了很多机会。然而, 将金属有机框架膜用于催化应用的 例子却很少.Hermes 等将有机金属前驱体载入到MOF-5 膜, 采用氢气还原前驱体或用紫外灯光分解的策略将钯粒 子嵌入膜中。经此法制备的MOF-5 膜适合作为环辛烯加 氢催化的催化剂。