金屬-有機骨架材料（MOFs）

——多孔材料家族的新成員SeminarⅠ2MOFs材料簡介制備方法應用領域小結與展望參考文獻目錄

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五MOFs材料簡介320世紀90年代中期，第一代MOFs材料被合成出來孔徑和穩定性受到一定限制1999年，Yaghi等人合成具有三維開放骨架結構的MOF-5去除孔道中的客體分子后仍然保持骨架完整2002年，Yaghi科研組合成IRMOF系列材料實現MOF材料從微孔到介孔的成功過渡2008年，Yaghi研究組合成出上百種ZIF系列類分子篩材料金屬離子有機配體配位自組裝周期性網狀骨架的多孔材料4MOFs材料簡介比表面積大孔道可調控可功能化氣體儲存吸附分離催化光學材料磁性材料藥物傳輸……制備方法原位溶劑熱法晶種法微波法分層法……5制備方法——原位溶劑熱法金屬鹽有機配體溶劑混合一定溫度（100-300℃）和自生壓力下得到MOF晶體6自組裝膜修飾基底Hermes,S.etal.J.Am.Chem.Soc.2005,127,13744-13745設備簡單對合成條件敏感自組裝層影響膜性能基底Au自組裝膜MOF-57制備方法——晶種法金屬鹽有機配體溶劑混合預種晶種（一定溫度自生壓力）晶化成膜把晶體的成核和生長過程分離開→更好地控制晶體的生長和膜的微結構Liu,Y.,etal.J.Membr.Sci.2011,379,46-51.制備方法——晶種法8Falcaro,P.etal.Nat.Commun.,2011,2,237.MOF晶種——α-磷鋅礦晶體合成晶膜制備三維表面成膜選擇性催化功能化α-磷鋅礦具有促使MOF-5成核的特殊功能制備方法——微波法9Yoo,Y.etal.MicroporousMesoporousMater.,2009,123,100-106Yoo,Y.etal.Chem.Commun.,2008,21,2441-2443微波快速結晶溶劑熱二次生長微波法30s微波輔助快速晶種法節約制備時間晶體顆粒較小制備方法——分層法10Shekhah,O.Materials,2010,3,1302–1315Shekhah,O.etal.Nat.Mater.,2009,8,481-484高度有序、均勻、平整的MOF膜實現晶體的高度取向性合成其他方法無法得到的MOF結構分層法圖解11應用領域——氣體儲存11氫氣二氧化碳甲烷突破DOE儲氫目標：7.5wt.%Furukawa,H.etal.J.Materi.Chem.,2007,17,3197-3204Gassensmith,J.J.etal.J.Am.Chem.Soc.,2011,133,15312–15315;Ma,S.etal.J.Am.Chem.Soc.2008,130,1012-1016超過DOE室溫體積CH4儲存目標（180v/v）28%CO2MOF-177CD-MOF-2PCN-14應用領域——吸附分離12Liu,X.-L.etal.Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,1-5ZIF-8吸附異丁醇過程中的“gate-opening”效應+表面超疏水性→優先透過醇類大分子而阻止水分子的高性能ZIF-8納米復合膜分離系數：34.9-40.1透量：6.4-8.6kgh-1m-2應用領域——催化13方法特點利用骨架自身活性位MOF中的活性金屬位或活性結構模塊，可直接作為催化劑使用，但該法易導致骨架坍塌引入活性物質合成過程中引入具有催化活性的金屬納米粒子，即將MOF作為一種高比表面積的載體使用后合成法先合成MOF材料，再向MOF中引入活性基團或者活性物質在MOF中構建特殊催化位點的方法應用領域——催化14Wang,C.etal.J.Am.Chem.Soc.2011,133,13445-13454催化劑TOF（h-1）MOF14.8MOF21.9MOF30.4轉化率（%）MOF5MOF6Ar=H5986Ar=Br6268Ar=OCH39697光催化劑TOF（h-1）MOF-40.8水氧化和光催化劑MOFUiO-67Ir、Re或Ru的復合物分子催化與MOF材料相結合為光催化提供一種新的異相催化劑應用領域——發光材料15選擇合適的配體或金屬離子，可使MOFs具有發光性能生色團溶劑不同→結構不同→熒光性不同Bauer,C.A.etal.J.Am.Chem.Soc.,2007,129,7136應用領域——其他磁性材料順磁性、反磁性傳感器客體影響MOFs光學和磁學性能藥物傳輸藥物包埋→孔口修飾官能團→在不同的外界條件下打開或關閉孔口→藥物控制釋放……16總結及展望大比表面孔道尺寸和結構可調多功能化17功能化材料MOFS晶體尺寸、形狀和取向的可控生長高質量連續生長、均相無缺陷的MOFs膜不同領域的科學家相互合作開發MOF的綜合性能參考文獻1.C.Wang,Z.Xie,K.E.deKrafftetal.DopingMetalOrganicFrameworksforWaterOxidation,CarbonDioxideReduction,andOrganicPhotocatalysis.J.Am.Chem.Soc.2011,133,13445-134542.J.J.Gassensmith,H.Furukawa,R.A.Smaldoneetal.StrongandReversibleBindingofCarbonDioxideinaGreenMetalOrganicFramework.J.Am.Chem.Soc.,2011,133,15312-153153.P.Falcaro,A.J.Hill,K.M.Nnairnetal.Anewmethodtopositionandfunctionalizemetal-organicframeworkcrystals.Nat.Commun.,2011,2,237-2444.X.-L.Liu,Y.-S.Li,G.-Q.Zhuetal.AnOrganophilicPervaporationMembraneDerivedfromMetal–OrganicFrameworkNanoparticlesforEfficientRecoveryofBio-Alcohols.Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,1-55.Y.Liu,G.Zeng,Y.Panetal.Synthesisofhighlyc-orientedZIF-69membranesbysecondarygrowthandtheirgaspermeationproperties.J.Membr.Sci.,2011.379,46-516.O.Shekhah,Layer-by-LayerMethodfortheSynthesisandGrowthofSurfaceMountedMetal-OrganicFrameworks(SURMOFs).Materials,2010,3,1302–13157.O.Shekhah,H.Wang,M.Paradinasetal.Controllinginterpenetrationinmetal–organicframeworksbyliquid-phaseepitaxy.Nat.Mater.,2009,8,481-4848.Y.Yoo,Z.Lai,andH.-K.Jeong,FabricationofMOF-5membranesusingmicrowave-inducedrapidseedingandsolvothermalsecondarygrowth.MicroporousMesoporousMateri.,2009,123,100-1069.S.Ma,D.Sun,D.M.Simmonsetal.Metal-OrganicFrameworkfromanAnthraceneDerivativeContainingNanoscopicCagesExhibitingHighMethaneUptake.J.Am.Chem.Soc.2008,130,1012-101618參考文獻1910.Y.Yoo,andH.-K.Jeong,Rapidfabricationofmetalorganicframeworkthinfilmsusingmicrowave-inducedthermaldeposition.Chem.Commun.,2008,21,2441-244311.C.A.Bauer,T.V.Timofeeva,T.B.Settersten,B.D.Patterson,V.H.Liu,B.A.Simmons,M.D.Allendorf.InfluenceofConnectivityandPorosityonLigand-BasedLuminescenceinZincMetal-OrganicFrameworks.J.Am.Chem.Soc.129(2007)7136.12.H.Furukawa,M.A.Miller,andO.M.Yaghi,IndependentverificationofthesaturationhydrogenuptakeinMOF-177andestablishmentofabenchmarkforhydrogenadsorptioninmetal-organicframeworks.J.Materi.Chem.,2007,17,3197-320413.S.Hermes,F.Schr?der,R.Chelmowskietal.SelectiveNucleationandGrowthofMetal-OrganicOpenFrameworkT