MOFs金属有机材料的制备与应用

1、,金属-有机骨架材料（MOFs） 多孔材料家族的新成员,Seminar ,2,2,MOFs材料简介 制备方法 应用领域 小结与展望 参考文献,目 录,一,二,三,四,五,MOFs材料简介,3,20世纪90年代中期，第一代MOFs材料被合成出来,孔径和稳定性受到一定限制,1999年，Yaghi等人合成具有三维开放骨架结构的MOF-5,去除孔道中的客体分子后仍然保持骨架完整,2002年，Yaghi科研组合成IRMOF系列材料,实现MOF材料从微孔到介孔的成功过渡,2008年，Yaghi研究组合成出上百种ZIF系列类分子筛材料,金属离子,有机配体,配位,自组装,周期性网状骨架的多孔材料,4,4,MO

2、Fs材料简介,比表面积大 孔道可调控 可功能化,气体储存 吸附分离 催化 光学材料 磁性材料 药物传输 ,5,制备方法,5,制备方法原位溶剂热法,6,自组装膜修饰基底,Hermes, S. et al. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 13744-13745,设备简单 对合成条件敏感 自组装层影响膜性能,基底Au,自组装膜,MOF-5,7,制备方法晶种法,把晶体的成核和生长过程分离开 更好地控制晶体的生长和膜的微结构,Liu, Y., et al. J. Membr. Sci. 2011, 379, 46-51.,8,制备方法晶种法,8,Falcaro, P. et

3、al. Nat. Commun., 2011, 2, 237.,MOF晶种-磷锌矿,晶体合成,晶膜制备,三维表面成膜,选择性催化,功能化,-磷锌矿具有促使MOF-5成核的特殊功能,9,制备方法微波法,9,Yoo, Y. et al. Microporous Mesoporous Mater., 2009, 123, 100-106 Yoo, Y. et al. Chem. Commun., 2008, 21, 2441-2443,微波 快速结晶,溶剂热 二次生长,微波法30s,微波辅助快速晶种法,节约制备时间 晶体颗粒较小,10,制备方法分层法,10,Shekhah, O. Materials

4、, 2010, 3, 13021315 Shekhah, O. et al. Nat. Mater., 2009, 8, 481-484,高度有序、均匀、平整的MOF膜 实现晶体的高度取向性 合成其他方法无法得到的MOF结构,分层法图解,11,11,应用领域气体储存,11,突破DOE储氢目标： 7.5wt.%,Furukawa, H. et al. J. Materi. Chem., 2007, 17, 3197-3204 Gassensmith, J. J. et al. J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 1531215315; Ma, S. et al. J. A

5、m. Chem. Soc. 2008, 130, 1012-1016,超过DOE室温体积CH4 储存目标（180v/v） 28%,CO2,MOF-177,CD-MOF-2,PCN-14,12,应用领域吸附分离,12,Liu, X.-L. et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 1-5,ZIF-8吸附异丁醇过程中的“gate-opening”效应+表面超疏水性 优先透过醇类大分子而阻止水分子的高性能ZIF-8纳米复合膜,分离系数： 34.9-40.1 透量： 6.4-8.6 kgh-1m-2,13,应用领域催化,13,在MOF中构建特殊催化位点的方法,14,

6、应用领域催化,14,Wang, C. et al. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 13445-13454,水氧化和光催化剂,MOF UiO-67,Ir、Re或Ru的复合物,分子催化与MOF材料相结合 为光催化提供一种新的异相催化剂,15,应用领域发光材料,15,选择合适的配体或金属离子，可使MOFs具有发光性能,生色团,溶剂不同结构不同荧光性不同,Bauer, C.A. et al. J. Am. Chem. Soc., 2007, 129, 7136,16,应用领域其他,磁性材料 顺磁性、反磁性 传感器 客体影响MOFs光学和磁学性能 药物传输 药物包埋孔口修饰官

7、能团在不同的外界条件下打开或关闭孔口药物控制释放 ,16,17,总结及展望,17,功能化材料,MOFS晶体尺寸、形状和取向的可控生长 高质量连续生长、均相无缺陷的MOFs膜,不同领域的科学家 相互合作 开发MOF的综合性能,18,参考文献,1. C. Wang, Z. Xie, K. E. deKrafft et al. Doping MetalOrganic Frameworks for Water Oxidation, Carbon Dioxide Reduction, and Organic Photocatalysis. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 134

8、45-13454 2. J. J. Gassensmith , H. Furukawa, R. A. Smaldone et al. Strong and Reversible Binding of Carbon Dioxide in a Green MetalOrganic Framework. J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 15312-15315 3. P. Falcaro, A. J. Hill, K. M. Nnairn et al. A new method to position and functionalize metal-organic fram

9、ework crystals. Nat. Commun., 2011, 2, 237-244 4. X.-L. Liu, Y.-S. Li, G.-Q. Zhu et al. An Organophilic Pervaporation Membrane Derived from MetalOrganic Framework Nanoparticles for Efficient Recovery of Bio-Alcohols. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 1-5 5. Y. Liu, G. Zeng, Y. Pan et al. Synthesis of

10、highly c-oriented ZIF-69 membranes by secondary growth and their gas permeation properties. J. Membr. Sci., 2011. 379, 46-51 6. O. Shekhah, Layer-by-Layer Method for the Synthesis and Growth of Surface Mounted Metal-Organic Frameworks (SURMOFs). Materials, 2010, 3, 13021315 7. O. Shekhah, H. Wang, M

11、. Paradinas et al. Controlling interpenetration in metalorganic frameworks by liquid-phase epitaxy. Nat. Mater., 2009, 8, 481-484 8. Y. Yoo, Z. Lai, and H.-K. Jeong, Fabrication of MOF-5 membranes using microwave-induced rapid seeding and solvothermal secondary growth. Microporous Mesoporous Materi.

12、, 2009, 123, 100-106 9. S. Ma, D. Sun, D. M. Simmons et al. Metal-Organic Framework from an Anthracene Derivative Containing Nanoscopic Cages Exhibiting High Methane Uptake. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 1012-1016,18,参考文献,19,10. Y. Yoo, and H.-K. Jeong, Rapid fabrication of metal organic framework th

13、in films using microwave-induced thermal deposition. Chem. Commun., 2008, 21, 2441-2443 11. C.A. Bauer, T.V. Timofeeva, T.B. Settersten, B.D. Patterson, V.H. Liu, B.A. Simmons, M.D. Allendorf. Influence of Connectivity and Porosity on Ligand-Based Luminescence in Zinc Metal-Organic Frameworks. J. Am

14、. Chem. Soc. 129 (2007) 7136. 12. H. Furukawa, M.A. Miller, and O.M. Yaghi, Independent verification of the saturation hydrogen uptake in MOF-177 and establishment of a benchmark for hydrogen adsorption in metal-organic frameworks. J. Materi. Chem., 2007, 17, 3197-3204 13. S.Hermes, F. Schrder, R. Chelmowski et al. Selective Nucleation and Growth of Metal-Organic Open Framework Thin Films on Patterned COOH/C