MOFs材料简介

1、壹壹贰贰叁叁肆肆金属-有机骨架材料(metal organic frameworks, MOFs)是由含氧或氮的有机金属配体与金属离子自组装而形成的一类具有周期性网状结构的多孔配位聚合物。MOFs 的命名最早由Yaghi 于1995 年提出Yaghi OM, Li G, Li HJ. Nature, 1995, 78: 703-706.Zhu QL, Xu Q. J. Chem Soc Rev, 2014, 43: 5468-5512.MOFs具有合成方法多样、比表面积大、孔道和化学性质可调等优点。由于其这些特点，该材料主要应用于催化、传感、药物输送和分离分析等领域Furukawa H, Co

2、rdova KE, J. Science, 2013, 341(6149): 1230444.Dhakshinamoorthy A, Asiric AM, Garcia H. J. Chem Commun, 2014, 50: 12800-12814.Dai H, Xia B, Wen L, et al. J. Appl Catal B-Environ, 2015, 165: 57-62.He L, Liu Y, Liu J, et al. J. Angew Chem Int Ed, 2013, 52: 3741-3745.u 由羧酸类配体组成的MOFs 材料如奥斯陆大学(Universite

3、tet i Oslo, UiO)系列、网状金属-有机骨架材料(isoreticular metal-organic frameworks, IRMOFs)、来瓦希尔骨架材料(materials of institute lavoisier frameworks,MILs) 系列和香港科技大学(Hongkong University ofScience and Technology, HUST)系列等u 由含氮的杂环配体组成的MOFs 材料, 如类沸石咪唑酯骨架结构材料(zeolitic imidazolate frameworks, ZIFs) 系列u 由环糊精(cyclodextrin, C

4、D)等生物分子配体组成的MOFs 材料, 如CD-MOFs 系列Cao FL, Sun YX, Wang L, et al. J. RSC Adv, 2014, 4(52): 27571-27581.Liu ZC, Stoddart JF. J. Pure Appl Chem. 2014, 86(9): 1323-1334.eg. 将反应物 CoCI26H2O (0.50 mmol,0.120 g), H3L (0.50 mmol, 0.158g), Na2CO3 (1.00 mmol, 0.083g)加入到25 mL耐高温高压的聚四氟乙稀容器中,另加15 mL蒸馏水,滴加两滴DMF,然后密封

5、在不绣钢反应釜中,120C下晶化72 h,程序降温到30C,洗涤,过滤,得到规则的紫色晶体催化 MOFs 材料的不饱和金属位点作为Lewis acid sites可以用作催化中心，目前已应用到氰基化反应、烃类、醇类的氧化反应、Diels-Alder 反应、酯化反应、偶联反应等多种反应。 氢气作为一种理想的高效清洁能源，它不仅燃烧效率高而且清洁无污染受到了人们的青睐，由于MOFs 材料的特殊孔道结构，被认为是潜在的储氢材料。气体吸附与存储 MOFs材料孔径大小和孔道表面可调控的MOFs材料，这可以用于分子分离。2006年，Chen等人报道了一个微孔材料MOF-508，由于它的孔道大小形状具有分离

6、烷烃的能力，因此，MOF-508首次成为气相分离柱填充材料的MOFs分子分离 MOFs材料由于具有高的药物负载量、生物兼容性以及功能多样性，因此成为可以广泛应用的药物载体。由于组成 MOFs 材料的有机配体上的官能团以及孔结构可以根据实际需要进行调变，从而使得 MOFs 材料在药物缓释用途上有其应用前景。药物缓释 相对于传统的C-18 硅胶颗粒、碳纳米管和石墨烯等材料, MOFs 材料具有一些优越的结构特点可以使其在萃取分离中的应用潜力更广阔: 多孔结构的大比表面积使富集吸附的接触点增多; 多孔结构更利于目标物在MOFs 材料表面吸附; 可以通过优化有机配体结构提高萃取选择性;可以通过-作用、

7、范德华力、氢键作用与目标分子作用,从而提高吸附效果。当其萃取有机物时, 因MOFs 比表面积大, 吸附容量高, 萃取完成后将萃取相洗脱, 即可实现痕量目标化合物的萃取分离。目前在萃取分离中应用最多的是具有水稳定性、溶剂稳定性和热稳定性好的MOFs 材料, 如ZIFs 系列和MILs 系列。李晋成, 刘欢. 食品安全质量检测学报C.2015 eg. Chang.N 等采用层层涂覆的方法制备了ZIF-8纳米晶涂覆的固相微萃取(solid phase micro-extraction, SPME)纤维, 发展了以ZIF-8 为涂层的SPME 方法, 并应用到石油样品和人血清样品中挥发性直链烷烃的高选

8、择性测定中。Chang N, Gu ZY, Wang HF, et al. Metal-organic frameworks based tandem molecular sieve as a dualplatform for selective microextraction and high resolution gas chromatographic 由于MOFs 材料具有高比表面积和高孔隙率的优点,且可以通过-作用、配位作用与目标分子作用, 是理想的固定相材料。MOFs 材料能够应用于同分异构体、同系物、手性化合物等性质非常相近的有机化合物的分离分析中, 主要是因为MOFs 材料具有多

9、孔结构, 能够在分离过程中能够起到分子筛的作用。uMOFs 沉淀在Al2O3、SiO2 及碳基底上金属-有机骨架薄膜uMOFs 沉淀在自组装有机单层 ( SAM) 修饰的基底上uMOFs 的分步层层液相外延生长纳米级金属-有机骨架材料 以块状材料形式存在的金属-有机骨架的宏观固态性质制约了它们在溶液中的行为，限制了它们的应用领域，如生物学领域的药物储藏和缓释、生物成像及气态信号分子的传输等。因此，通过缩减此类材料的尺寸至次微米甚至纳米级不仅扩大了应用范围，而且为金属-有机骨架开辟了一个新的领域，即纳米级配位聚合物( nanoscale coordination polymers，NCPs) 发光材料在荧光灯、等离子平板显示、光开关、发光二极管以及荧光探针等许多领域的应用使其成为近十几年来国际前沿的研究热点。设计和开发具有长寿命、低能耗、高效率的发光材料是众多物理和化学家所追求的目标。 金属-有机骨架配合物( MOF) 的易功能化和结构可裁剪的特性以及在光、电、磁方面的优良性能使它们在分离、吸附、催化、光电、传感和生物医药等许多领域显现出了其巨大的应用价值和开发前景。作为一种新型的多功能分子基材料，它们的发光性能以及在发光材料方面所体现出的潜在的应用价值也引起了相当大的关注。发光金属-有机骨架材料此外，金属-有机骨架材料在近几年兴起的其它发展方向包括: 对