MOFs金属有机材料的制备与应用
金属有机骨架材料MIL-1OO(Fe)的制备及其应用
金属有机骨架材料MIL-1OO(Fe)的制备及其应用金属有机骨架材料MIL-100(Fe)的制备及其应用金属有机骨架材料（Metal-Organic Frameworks，简称MOFs）是一种具有高度有序结构的材料，由金属离子和有机配体组成。
这种材料具有大表面积、孔隙结构和可调控性等特点，因此在气体储存、分离和催化等领域具有广泛的应用前景。
本文将重点介绍一种金属有机骨架材料MIL-100(Fe)的制备方法及其在环境污染治理中的应用。
MIL-100(Fe)是一种以铁离子为中心，以苯二甲酸为有机配体的MOFs材料。
其制备过程主要分为前驱体制备和热合成两个步骤。
首先，通过混合适量的苯二甲酸和水溶液，形成前驱体溶液。
然后，将前驱体溶液加热至一定温度，经过水热合成过程形成MIL-100(Fe)晶体。
经过热合成后，将晶体进行过滤、洗涤和干燥等处理，得到最终的MIL-100(Fe)材料。
MIL-100(Fe)材料具有高度有序的孔隙结构。
其孔隙大小和形貌可以通过调节合成条件来控制，从而实现对不同分子大小的吸附和分离。
由于其卓越的孔隙容纳能力和选择性吸附特性，MIL-100(Fe)材料广泛应用于气体分离和储存领域。
例如，将MIL-100(Fe)作为吸附剂，可用于高效吸附二氧化碳等温室气体，从而有助于减缓温室效应和气候变化。
除了在气体分离领域的应用，MIL-100(Fe)材料还具有优异的催化性能。
由于其孔道内部拥有丰富的活性位点，能够为催化剂提供良好的反应环境，该材料已被广泛用于催化转化反应。
例如，将MIL-100(Fe)用作催化剂，可应用于有机化学中的多种反应，如氧化反应、烷烃分子筛等。
此外，MIL-100(Fe)材料还具有良好的稳定性和可再生性。
由于其材料结构稳定，可以通过热解或溶解再生，从而实现材料的循环使用。
这种可再生性使得MIL-100(Fe)材料成为一种可持续发展的环境友好型材料。
总之，金属有机骨架材料MIL-100(Fe)具有大表面积、孔隙结构和可调控性等特点，因此在气体储存、分离和催化等领域具有广泛的应用前景。
金属有机骨架的制备与应用
金属有机骨架的制备与应用金属有机骨架（Metal Organic Frameworks，MOFs），属于一种新兴的材料，是以金属离子或者它们的簇为节点，有机配体为构筑单元的一种材料。
其独特的结构与特性，使其在各种领域得到广泛的应用。
本文将重点介绍金属有机骨架的制备与应用。
一、金属有机骨架的制备金属有机骨架的制备主要采用溶剂热法、干燥合成法、水热合成法等方式。
其中，溶剂热法是制备MOFs最常用的方法之一。
溶剂热法主要使用金属盐和有机配体为原料，在适当温度下，在有机溶剂或水中进行反应，形成结晶态的金属有机骨架。
此外，干燥合成法和水热合成法也有一定的应用广泛。
二、金属有机骨架的应用金属有机骨架的应用非常广泛，主要分为催化、吸附、气体分离、传感、存储和释放等几个方面。
1. 催化金属有机骨架可以作为催化剂应用在各种有机合成反应中，如氧化反应、氢化反应、碳氢化合物转化反应等。
金属有机骨架的独特结构可以调控催化活性，使得其具有很高的催化效率和选择性。
2. 吸附金属有机骨架因具有大的孔径和高的表面积，可以作为一种优异的吸附材料。
其主要应用于吸附有机污染物、金属离子等，在环境治理和水处理方面具有广泛的应用。
3. 气体分离金属有机骨架可以根据气体的分子大小和类型，对气体进行有效的分离。
如将氢气从混合气体中分离出来，可以被应用于氢气的制备、氢能源的开发和利用等领域。
4. 传感由于金属有机骨架的独特结构和特性，可以用于传感器的制备。
其可在物理、化学、生物等领域进行检测，如检测气体、污染物、生物活性物质等。
5. 存储利用金属有机骨架的大孔径，可以制备出高效的氢气、氧气、二氧化碳等储存材料。
这些材料在气体储存、气体传输和能源开发领域具有潜在的应用前景。
6. 释放金属有机骨架的结构可以控制其孔道大小和形状，可以将低溶性药物包含在孔道中，达到控制药物的缓释作用。
因此，在药物传输和分子控制释放方面具有重要的应用价值。
综上所述，金属有机骨架作为一种新兴的材料，在各领域应用前景广阔。
金属有机骨架材料mil-100(fe)的制备及其应用
金属有机骨架材料mil-100(fe)的制备及其应用金属有机骨架材料（MOFs）是一类由金属离子和有机配体组成的多孔晶体材料，具有高比表面积、可控孔径和多样化的功能化修饰等特点。
其中，MIL-100系列MOFs作为一种重要的代表，由不同的金属离子和有机酸组成，具有多种应用前景。
制备方面，MIL-100系列MOFs的制备方法多种多样，常见的有水热法、溶剂热法、静电涂覆法等。
以MIL-100 (Fe)为例，其制备方法一般为在氧化铁的存在下，将苯二甲酸和2-羟基对苯二甲酸作为有机配体，与六偏磷酸钠反应，生成MIL-100 (Fe)。
具体过程为：首先将氧化铁转化为氢氧化铁，然后将有机配体与六偏磷酸钠混合，并加入氢氧化铁制备的胶体，进行溶液热反应，反应产物即为MIL-100 (Fe)。
在应用方面，MIL-100系列MOFs具有广泛的应用前景。
首先，在气体吸附和分离方面，由于MIL-100系列MOFs具有高比表面积和可控孔径，因此可以用于吸附和分离不同大小和形状的分子。
例如，MIL-100 (Fe)可以用于二氧化碳的吸附和分离，从而实现温室气体的减排；同时，MIL-100 (Cr)可以用于可燃气体的捕获和转化，减少了污染物的排放。
其次，在催化方面，MIL-100系列MOFs可以作为催化剂用于有机反应、氧化反应、还原反应等。
例如，MIL-100 (Fe)可以用于分解有机物质和保护环境，MIL-100 (Cr)可以用于高选择性催化剂，促进有机体系中的氧化反应和羰基还原反应。
最后，在药物输送方面，MIL-100系列MOFs具有高量载性能和稳定性，可以通过调节孔径和表面修饰来实现对药物分子的选择性输送和释放。
例如，MIL-100 (Fe)可以用于高效分子的药物输送，促进其治疗效果。
综上所述，MIL-100系列MOFs具有广泛的应用前景，并且可以通过调控结构和孔径大小来实现不同领域的应用。
未来，随着MOFs的进一步研究和发展，MIL-100系列MOFs将有更加广泛的应用前景，有望成为材料科学领域的重要研究对象和应用方向。
金属有机骨架材料的制备与应用
金属有机骨架材料的制备与应用金属有机骨架材料，简称MOFs，是一种由金属离子和有机配体构成的晶态材料，由于其具有高度的可控性、可定制性和多种功能性，成为了当前材料化学领域的研究热点。
本文将从MOFs的制备方法、结构特点、应用等方面进行介绍。
一、“晶种法”制备MOFsMOFs的制备与传统无机材料相比，主要的区别在于其合成方式。
传统的无机化合物一般利用溶液中离子之间的化学反应生成固态晶体，而MOFs则是由各种金属离子和有机配体共同组装而成。
目前，有很多种MOFs制备方法，其中最为常见的是晶种法。
所谓晶种法，就是在已有一些微晶或晶体的情况下，通过添加特定条件和剂量的金属离子和有机配体，来控制MOFs的形态和结构。
晶种法制备MOFs的过程虽然相对简单，但是其合理控制实验条件和剂量仍是非常重要的一步。
二、MOFs的结构特点MOFs的晶格结构通常都是由金属中心和有机配体之间的配位键构成的。
这种结构使之能够通过多种方法对其物理化学性质进行调控和修饰，例如改变金属中心、改变配体大小、增加额外的配体等。
MOFs的各项物理性质也与其结构密切相关。
如其表面积远超其他晶体材料，能够用于吸附气体、制备催化剂、增加介电常数等等。
在表面积方面，MOFs的目前最好可达到7000多平方米每克，这种超高的表面积世界上唯此一份，并被硅胶所替代。
三、MOFs的应用MOFs的应用非常广泛，以下列举一些较为常见的领域，供大家参考：1. 气体吸附和分离由于MOFs具有高度可控的孔隙和局部密度调控性质，可用于超越文献理论的气体吸附和分离，例如杂气的分离治理和二氧化碳的捕获分离等。
2. 催化剂MOFs可以通过软硬酸碱反应、配位置换等方法来改变其结构，从而用于制备催化剂，例如作为烯烃的活性中心和氧化反应的催化剂等。
3. 电子和光电器件MOFs的导电性和光学性能具有可调控特性，可用于热电、光电和传感等器件的制备。
例如，制备气敏材料、可见光响应电子元件等。
mofs材料制备方法
mofs材料制备方法MOFs材料制备方法随着科学技术的发展，材料科学领域涌现出许多新型材料，其中一种备受关注的材料就是金属有机框架材料（MOFs）。
MOFs材料由金属离子与有机配体通过配位键形成的结构，具有高度可调性和多样性，广泛应用于气体储存、分离、催化以及药物传递等领域。
本文将介绍一些常见的MOFs材料制备方法。
1. 水热法水热法是制备MOFs材料的常见方法之一。
通常，将金属离子和有机配体溶解在适当的溶剂中，并在高温高压的条件下进行反应。
水热法制备MOFs材料的优点是操作简单、反应时间短，并且可以得到高纯度的产物。
然而，该方法的缺点是反应条件较为严苛，且对金属离子和有机配体的选择性要求较高。
2. 溶剂热法溶剂热法是一种在较低温度下制备MOFs材料的方法。
通过将金属离子和有机配体溶解在适当的溶剂中，并在温和的条件下进行反应。
溶剂热法相比水热法具有更宽的反应条件窗口，适用于制备多种类型的MOFs材料。
此外，溶剂热法还可以通过调节反应条件来控制MOFs材料的形貌和晶体结构。
3. 气相沉积法气相沉积法是一种在气相条件下制备MOFs材料的方法。
通过将金属离子和有机配体以气体的形式引入反应室中，并在适当的温度下进行反应。
气相沉积法具有反应时间短、反应条件可控的优点，可以制备出高纯度、高晶度的MOFs材料。
然而，该方法的缺点是设备要求较高，反应条件难以控制。
4. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种通过溶胶的形式制备MOFs材料的方法。
通常，将金属离子和有机配体溶解在适当的溶剂中，然后通过蒸发或凝胶化的方式使其形成固体。
溶胶-凝胶法可以制备出高分散性和高孔隙度的MOFs材料，并且可以通过调节制备条件来控制材料的形貌和结构。
然而，该方法的缺点是制备过程中需要耐心等待溶胶的凝胶过程。
5. 模板法模板法是一种通过模板的作用制备MOFs材料的方法。
通常，选择一种具有特定形状和尺寸的模板，然后将金属离子和有机配体固定在模板表面，并通过适当的处理使其形成MOFs材料。
MOFs的合成、制备、应用简介
分离,对于MOFs的吸附性能的研究也有不少的报道。
Kim 等合成了甲酸锰配合物其比表面积不是很大，但是这种 配合物对氮气、氢气、氩气、二氧化碳、甲烷等具有选择性的吸
附作用，对氢气和二氧化碳的吸附能力很强，但对氮气、氩气、
甲烷的吸附能力很弱。它可以作为选择性吸附材料，分离氢气、 氮气、二氧化碳、甲烷等混合气体，因此，这种材料会有很重要
的工业应用，如从天然气中脱除二氧化碳，从含有氮气、一氧化
碳或甲烷的混合气中回收氢气。
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应用领域——催化
MOFs因具有不饱和的金属位点，一定尺寸的空洞或可以提 供反应中心的功能基团，使它可以作为催化剂，可以用于多类 反应，如氧化、开环、环氧化、碳碳键的形成、加成、消去脱 氢、加氢、异构化、碳碳键的断裂、重整、低聚和光催化等方 面。
材料、医药、化工等很多领域具有广阔的应用前景，有望在
解决人类社会所面临的许多重大问题的过程中发挥重要作用。
谢谢！
CO2光还原和有机物的光氧化
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应用领域——其他
磁性材料
传感器 药物传输
顺磁性、反磁性
客体影响MOFs光学和磁学性能 药物包埋→孔口修饰官能团→在不同的
外界条件下打开或关闭孔口→药物控制释放 ……
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MOFs材料研究意义
MOFs材料的研究不仅在于其迷人的拓扑结构,更在于它
具有可剪裁性和结构多样性的特点，易于进行设计组装和结 构调控，为设计纳米多孔材料提供了一种的可行方法。正是 由于MOFs材料多方面的优点和用途，其正受到越来越多的重 视。新型结构MOFs 多孔材料的研究及其在应用方面的开发 具有重要的理论和应用价值。
在合成过程中得到适合测试 X 射线单晶衍射的晶体 ,
增加了 MOFs 合成的难度。在此之前 , 配位聚合物的 相关研究已经进行得比较深入。正是在对配位聚合 物的框架结构进行研究的时候逐渐衍生了 MOFs 的相 关研究领域。
金属有机框架材料的合成及应用
金属有机框架材料的合成及应用金属有机框架材料(MOFs)是一种新型的多孔材料，由金属中心主导着与有机配体相互作用而形成的一种结构。
MOFs具有高比表面积和超大的空隙大小，并可通过改变其化学结构来调节吸附、分离、催化等特性，因此在吸附存储、分离分析、催化反应、生物医学等领域具有广泛的应用前景。
一、MOFs的合成方法MOFs可以通过很多种不同的合成方法来制备。
其中，溶剂热法和溶剂挥发法是最常用的两种方法。
溶剂热法是将金属离子和有机配体混合，并加入适量的溶剂，在加热过程中形成MOFs。
溶剂挥发法是将金属离子和有机配体混合，然后将溶液放在密闭的容器内，在室温条件下挥发溶剂使其自组装。
另外，层状MOFs还可以通过堆叠多个金属-有机片层而制备。
二、MOFs的应用MOFs在吸附储能、分离分析、催化反应、生物医学等方面都有广泛的应用。
1. 吸附储能MOFs具有高比表面积和可控的孔径大小，因此能够用于吸附储存气体和液体。
例如，水合物MOFs（HyMOFs）可用于制备氢气存储材料，在氢气存储与传输方面具有重要应用。
此外，MOFs还可以用于锂离子电池等能源储存设备中。
2. 分离分析MOFs的孔隙结构可用于分离、分析气体、液体和离子。
例如，通过MOFs分离气体可以有效降低大气中的二氧化碳浓度。
MOFs还可以用作离子交换材料、有机污染物吸附剂等方面。
3. 催化反应MOFs的大孔道和孔壁固定配位中心的分子结构可用于催化反应。
MOFs中的金属中心和有机配体构成了一个稳定的催化活性中心，使MOFs可用于催化反应，如氧化反应、烯烃异构化、芳香化反应、还原反应等。
此外，由于MOFs可通过化学修饰来调节催化反应中心的结构和性质，因此具有更好的催化效果。
4. 生物医学MOFs也被评价为非常有前景的生物材料。
利用其与分子物种之间的相互作用和孔结构调节特性可以用于药物运输、基因治疗和生物成像等领域。
例如，MOFs可用于酶促标记、细胞成像、癌症治疗等多个方面。
金属有机骨架材料mil-100(fe)的制备及其应用
金属有机骨架材料mil-100(fe)的制备及其应用金属有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks, MOFs)是一类由金属离子或原子与有机配体通过配位键组成的晶态材料。
MOFs具有高度有序的多孔结构，具有超大的比表面积和孔体积，可以在吸附、催化、气体存储等领域展示出卓越的性能。
其中，MIL-100(Fe)是一种由三嗪酸配体和铁离子组装而成的MOF材料。
以下将介绍MIL-100(Fe)的制备方法及其应用。
制备方法：MIL-100(Fe)的制备方法较为简单，可以通过水热合成的方法进行。
具体步骤如下：1. 将FeCl3·6H2O与1,3,5-三(对羧基苯基)三嗪(即BTC)在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和水混合溶剂中进行反应。
2. 将混合溶液转移到高压反应釜中，在150-200°C的温度下反应数小时。
3. 反应结束后，将样品进行过滤、洗涤和干燥，获得MIL-100(Fe)。
应用：1. 气体吸附与分离：MIL-100(Fe)具有较高的气体吸附能力和选择性，可以应用于气体分离和储存领域。
例如，MIL-100(Fe)可以用于CO2的吸附和分离，从而实现二氧化碳的捕获和储存。
2. 催化反应：由于其多孔结构和可调控的活性位点，MIL-100(Fe)在催化领域也有广泛的应用。
例如，MIL-100(Fe)可以作为催化剂用于有机反应，如还原反应、氧化反应等。
3. 药物释放：MIL-100(Fe)的多孔结构可以用来封装药物，并实现控制释放。
研究表明，MIL-100(Fe)可以有效地封装抗癌药物，并通过改变温度或pH值等条件来实现药物的缓慢释放，从而提高药物的治疗效果。
4. 电池材料：MIL-100(Fe)可以用于电池电极材料或电池分离膜材料的制备。
其高度有序的多孔结构可以提供更多的电子传输路径，从而提高电池的性能。
5. 水处理：MIL-100(Fe)还可以用于水处理领域，如吸附和去除水中的有机污染物或重金属等。
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1100
应用领域——气体储存
氢 MOF-177 气
突破DOE储氢目标： 7.5wt.%
二 CD-MOF-2
氧
化 碳
CO2
甲 PCN-14 烷
Furukawa, H. et al. J. Materi. Chem., 2007, 17, 3197-3204 Gassensmith, J. J. et al. J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 15312–15315;
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
超过DOE室温体积CH4 储存目标（180v/v） 28%
11111
Ma, S. et al. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 1012-1016
应用领域——吸附分离
分离系数： 34.9-40.1 透量： 6.4-8.6 kgh-1m-2
ZIF-8吸附异丁醇过程中的“gate-opening”效应+表面超疏水性
1144
应用领域——发光材料
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.ห้องสมุดไป่ตู้ 2007, 129, 7136
1155
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→孔口修饰官能团→在不
→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
Liu, X.-L. et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 1-5
1122
应用领域——催化
在MOF中构建特殊催化位点的方法
方法
特点
利用骨架自 MOF中的活性金属位或活性结构模块，可直接
身活性位
作为催化剂使用，但该法易导致骨架坍塌
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
3
MOFs材料简介
比表面积大 孔道可调控 可功能化
同的外界条件下打开或关闭孔口→药物控制释放
……
1166
总结及展望
不同领域的科学家 相互合作
开发MOF的综合性能 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
1177
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, 13445-13454
1016
1188
参考文献
10. Y. Yoo, and H.-K. Jeong, Rapid fabrication of metal organic framework thin films using microwaveinduced 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. 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. SchrÖder, R. Chelmowski et al. Selective Nucleation and Growth of Metal-Organic Open Framework Thin Films on Patterned COOH/CF3-Terminated Self-Assembled Monolayers on Au(111). J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 13744-13745
5. Y. Liu, G. Zeng, Y. Pan et al. Synthesis of highly c-oriented ZIF-69 membranes by secondary growth and their gas permeation properties. J. Membr. Sci., 2011. 379, 46-51
3. P. Falcaro, A. J. Hill, K. M. Nnairn et al. A new method to position and functionalize metal-organic framework crystals. Nat. Commun., 2011, 2, 237-244
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., 2009, 123, 100-106
转化率（%）
MOF 5 MOF 6
Ar=H
59
86
Ar=Br
62
68
Ar=OCH3
96
97
Ir、Re或Ru的复合物
光催化剂 TOF（h-1）
MOF-4
0.8
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
Wang, C. et al. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 13445-13454
• 气体储存 • 吸附分离 • 催化 • 光学材料 • 磁性材料 • 药物传输 • ……
44
制备方法
55
制备方法——原位溶剂热法
自组装 膜修饰 基底
MOF-5
自组装膜
设备简单 对合成条件敏感 自组装层影响膜性能
Hermes, S. et al. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 13744-13745
引入活性物 合成过程中引入具有催化活性的金属纳米粒子
质
，即将MOF作为一种高比表面积的载体使用
后合成法
先合成MOF材料，再向MOF中引入活性基团 或者活性物质
1133
应用领域——催化
水氧化和光催化剂
MOF UiO-67
催化剂 MOF 1 MOF 2 MOF 3
TOF（h-1） 4.8 1.9 0.4
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-
4. X.-L. Liu, Y.-S. Li, G.-Q. Zhu et al. An Organophilic Pervaporation Membrane Derived from Metal– Organic Framework Nanoparticles for Efficient Recovery of Bio-Alcohols. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 1-5
Falcaro, P. et al. Nat. Commun., 2011, 2, 237.
88
制备方法——微波法
微波 快速结晶
溶剂热 二次生长
节约制备时间 晶体颗粒较小
微波法30s
Yoo, Y. et al. Microporous Mesoporous Mater., 2009, 123, 100-106 Yoo, Y. et al. Chem. Commun., 2008, 21, 2441-2443
Seminar Ⅰ
金属-有机骨架材料（MOFs） ——多孔材料家族的新成员
目
录
一 MOFs材料简介 二 制备方法 三 应用领域 四 小结与展望 五 参考文献
22
MOFs材料简介