金属有机骨架材料原理与应用
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2.介孔(中孔）：孔径在2～50 nm
• 大孔：孔径大于50 nm
基本概念 吸附：当气体或液体与某些固体接触时，气体或液 体分子会积聚在固体表面上，这种现象称为吸附。
吸附剂：实施吸附的物质。
吸附质：被吸附的物质。
物理吸附：被吸附分子与固体表面分子间的作用力 为分子间吸引力，即范德华力。
化学吸附：基于固体吸附剂表面发生化学反应，使 吸附质和吸附剂之间以化学键结合的吸附过程。
无机化学前沿
多孔金属-有机骨架材料 （Porous Metal-Organic Frameworks）
主要内容
➢简介 ➢研究概状 ➢制备方法 ➢表征手段 ➢设计策略 ➢发展历程 ➢应用 ➢展望
传统的多孔材料
分 子 筛
碳 基 材 料
多孔材料分类
1.微孔：孔径小于 2 nm 超微孔：孔径小于0.7 nm 亚微孔：孔径介于0.7～2.0 nm
物理吸附与化学吸附的比较
三类吸附来自百度文库线
1. 吸附等温线：当温度一定时，压力（平衡浓度） 和吸附量的关系曲线。
2. 吸附等压线：在等压情况下，表示吸附量和温 度的关系曲线。
3. 吸附等容线：在等吸附容量情况下，表示温度 和压力的关系曲线。
六类吸附等温线
Ⅰ型吸附等温线：也称Langmuir吸附等温线。限于 单层或准单层，大多数化学吸附等温线和完全的微 孔物质（如活性碳）和分子筛的吸附等温线属于此 类。
➢ 离子交换材料：大量用于 洗涤剂工业，矿厂与放射 性废料及废液的处理。
1. 金属-有机骨架化合物的简介
自A.Werner在1893年创立配位化学以来，对配合物 的研究成了无机化学中最为活跃的领域之一。1951 年Wilkinsen和Fisher合成了二茂铁以及夹心型化合 物而获得了1973年的诺贝尔化学奖。到目前为止， 已经有20多位科学家从事与配位化学有关的科学研 究而获得诺贝尔奖。可以说，配位化合物已经深入 到了各个研究领域。
材料的成分 MOF-n: Metal-Organic Framework; RPF-n: Rare-Earth Polymeric Framework; MPF-n: Metal Peptide Framework;
结构 ZMOF-n: Zeolite-like Metal-Organic Framework; ZIF-n: Zeolitic Imidazolate Framework; PCN-n: Porous Coordination Network;
实验室的名字 MIL-n: Materials of Institut Lavoisier; CPO-n: Coordination Polymer of Oslo; ITQMOF-n: Instituto de Technología Química MOF; NU-n; NOTT-n; HKUST-n; ZJU-n; FJI-n; etc.
拓展（expansion）：在构筑网络结构时，用长的链 接代替单个化学键，以增加网络结构中节点的距离的 过程。
装饰（decoration）：在构筑网络结构时，用一组节 点（簇）代替网络中的一个节点（原子）的过程。
增长（augmentation）：是装饰过程的一种特例， 是以N个节点为一组节点代替网络中的一个N连接 节点的过程。
金属有机骨架材料的特点
➢ 从金属中心的角度 从过渡金属、碱金属、碱土金属到稀土金属等 从低价到高价
➢ 从有机配体的角度 可借助强大的有机合成手段对有机配体进行设计
➢ 从合成的角度： 合成条件更加温和
➢ 从结构的角度 孔径大小可调，孔道表面可修饰等
金属有机骨架材料的命名
一些研究人员尝试把他们实验室制备的材料 使用一个描述性的名字，大部分情况是一个 取首字母的简称加上一个数字,数字代表制备 的序号。
Ⅱ型吸附等温线：常称S型等温线。在无孔固体或 在大孔材料中的吸附常常是这类等温线。吸附等温 线的拐点通常发生在单层附近。
Ⅲ型吸附等温线：其特征是吸附热小于吸附质液化 热。因此随着吸附的进行，吸附反而得以促进。
四类迟滞环
迟滞现象：吸附-脱附不完全 可逆，吸附-脱附等温线不重 合的现象。
✓H1: 圆 筒 形 细 长 孔 道 且孔径大小均一分布较 窄，大小均一的球形粒 子堆积而成的孔穴。
✓H2：口小腔大的“墨 水瓶形”孔道。
✓H3 和 H4 ： 狭 缝 状 孔 道，形状和尺寸均匀的 孔呈现H4迟滞环，非均 匀的孔呈现H3迟滞环。
传统三大应用领域
➢ 吸附材料：用于工业与环 境上的分离与净化、干燥 等领域。
➢ 催化材料：用于石油加工、 石油化工、煤化工与精细 化工等领域中大量的工业 催化过程的需要。
贯穿（interpenetration）：在网络结构中，两种或 两种以上网络通过物理作用而不是化学键的方式 相互交织在一起形成一个分子整体的现象。
次级结构单元（SBU, secondary building units):在 用一组节点（簇）来代替一个节点的装饰过程中， 这组节点被认为是一个次级结构单元。
金属-有机骨架化合物通常是指有机配体与金属离 子通过自组装过程形成的具有周期性网络结构的 金属有机骨架晶体材料，它结合了高分子和配位 化合物两者的特点，既不同于一般的有机聚合物， 也不同于Si-O类的无机聚合物。
常用术语
节点（node）： 网络结构中的交点。
链接（linker）：链接网络结构中节点间的化学键或 包括多个化学键的有机官能团。
2. 金属有机骨架材料的研究概况
❖知名的研究小组
美国：Yaghi、Long、Hupp、Hong-cai Zhou(周宏才) Wenbin Lin(林文斌)、Jing Li、Xianhui Bu Banglin Chen、Shengqian Ma
法国：Gérard Férey 日本：Kitagawa、 Qiang Xu 英国：Martin Schröder 德国：Stefan Kaskel 加拿大：George K. H. Shimizu 韩国：Kimoon Kim、Myunghyun Paik Suh 印度：Rahul Banerjee 中国：陈小明、洪茂椿、裘式纶、高松、左景林等
• 大孔：孔径大于50 nm
基本概念 吸附：当气体或液体与某些固体接触时，气体或液 体分子会积聚在固体表面上，这种现象称为吸附。
吸附剂：实施吸附的物质。
吸附质：被吸附的物质。
物理吸附：被吸附分子与固体表面分子间的作用力 为分子间吸引力，即范德华力。
化学吸附：基于固体吸附剂表面发生化学反应，使 吸附质和吸附剂之间以化学键结合的吸附过程。
无机化学前沿
多孔金属-有机骨架材料 （Porous Metal-Organic Frameworks）
主要内容
➢简介 ➢研究概状 ➢制备方法 ➢表征手段 ➢设计策略 ➢发展历程 ➢应用 ➢展望
传统的多孔材料
分 子 筛
碳 基 材 料
多孔材料分类
1.微孔：孔径小于 2 nm 超微孔：孔径小于0.7 nm 亚微孔：孔径介于0.7～2.0 nm
物理吸附与化学吸附的比较
三类吸附来自百度文库线
1. 吸附等温线：当温度一定时，压力（平衡浓度） 和吸附量的关系曲线。
2. 吸附等压线：在等压情况下，表示吸附量和温 度的关系曲线。
3. 吸附等容线：在等吸附容量情况下，表示温度 和压力的关系曲线。
六类吸附等温线
Ⅰ型吸附等温线：也称Langmuir吸附等温线。限于 单层或准单层，大多数化学吸附等温线和完全的微 孔物质（如活性碳）和分子筛的吸附等温线属于此 类。
➢ 离子交换材料：大量用于 洗涤剂工业，矿厂与放射 性废料及废液的处理。
1. 金属-有机骨架化合物的简介
自A.Werner在1893年创立配位化学以来，对配合物 的研究成了无机化学中最为活跃的领域之一。1951 年Wilkinsen和Fisher合成了二茂铁以及夹心型化合 物而获得了1973年的诺贝尔化学奖。到目前为止， 已经有20多位科学家从事与配位化学有关的科学研 究而获得诺贝尔奖。可以说，配位化合物已经深入 到了各个研究领域。
材料的成分 MOF-n: Metal-Organic Framework; RPF-n: Rare-Earth Polymeric Framework; MPF-n: Metal Peptide Framework;
结构 ZMOF-n: Zeolite-like Metal-Organic Framework; ZIF-n: Zeolitic Imidazolate Framework; PCN-n: Porous Coordination Network;
实验室的名字 MIL-n: Materials of Institut Lavoisier; CPO-n: Coordination Polymer of Oslo; ITQMOF-n: Instituto de Technología Química MOF; NU-n; NOTT-n; HKUST-n; ZJU-n; FJI-n; etc.
拓展（expansion）：在构筑网络结构时，用长的链 接代替单个化学键，以增加网络结构中节点的距离的 过程。
装饰（decoration）：在构筑网络结构时，用一组节 点（簇）代替网络中的一个节点（原子）的过程。
增长（augmentation）：是装饰过程的一种特例， 是以N个节点为一组节点代替网络中的一个N连接 节点的过程。
金属有机骨架材料的特点
➢ 从金属中心的角度 从过渡金属、碱金属、碱土金属到稀土金属等 从低价到高价
➢ 从有机配体的角度 可借助强大的有机合成手段对有机配体进行设计
➢ 从合成的角度： 合成条件更加温和
➢ 从结构的角度 孔径大小可调，孔道表面可修饰等
金属有机骨架材料的命名
一些研究人员尝试把他们实验室制备的材料 使用一个描述性的名字，大部分情况是一个 取首字母的简称加上一个数字,数字代表制备 的序号。
Ⅱ型吸附等温线：常称S型等温线。在无孔固体或 在大孔材料中的吸附常常是这类等温线。吸附等温 线的拐点通常发生在单层附近。
Ⅲ型吸附等温线：其特征是吸附热小于吸附质液化 热。因此随着吸附的进行，吸附反而得以促进。
四类迟滞环
迟滞现象：吸附-脱附不完全 可逆，吸附-脱附等温线不重 合的现象。
✓H1: 圆 筒 形 细 长 孔 道 且孔径大小均一分布较 窄，大小均一的球形粒 子堆积而成的孔穴。
✓H2：口小腔大的“墨 水瓶形”孔道。
✓H3 和 H4 ： 狭 缝 状 孔 道，形状和尺寸均匀的 孔呈现H4迟滞环，非均 匀的孔呈现H3迟滞环。
传统三大应用领域
➢ 吸附材料：用于工业与环 境上的分离与净化、干燥 等领域。
➢ 催化材料：用于石油加工、 石油化工、煤化工与精细 化工等领域中大量的工业 催化过程的需要。
贯穿（interpenetration）：在网络结构中，两种或 两种以上网络通过物理作用而不是化学键的方式 相互交织在一起形成一个分子整体的现象。
次级结构单元（SBU, secondary building units):在 用一组节点（簇）来代替一个节点的装饰过程中， 这组节点被认为是一个次级结构单元。
金属-有机骨架化合物通常是指有机配体与金属离 子通过自组装过程形成的具有周期性网络结构的 金属有机骨架晶体材料，它结合了高分子和配位 化合物两者的特点，既不同于一般的有机聚合物， 也不同于Si-O类的无机聚合物。
常用术语
节点（node）： 网络结构中的交点。
链接（linker）：链接网络结构中节点间的化学键或 包括多个化学键的有机官能团。
2. 金属有机骨架材料的研究概况
❖知名的研究小组
美国：Yaghi、Long、Hupp、Hong-cai Zhou(周宏才) Wenbin Lin(林文斌)、Jing Li、Xianhui Bu Banglin Chen、Shengqian Ma
法国：Gérard Férey 日本：Kitagawa、 Qiang Xu 英国：Martin Schröder 德国：Stefan Kaskel 加拿大：George K. H. Shimizu 韩国：Kimoon Kim、Myunghyun Paik Suh 印度：Rahul Banerjee 中国：陈小明、洪茂椿、裘式纶、高松、左景林等