金属-有机骨架材料的合成及在催化反应中的应用研究进展
金属有机框架材料的合成与性能研究
金属有机框架材料的合成与性能研究金属有机框架材料（MOFs）是一类由有机配体和金属离子或簇合物组成的晶态材料，在化学、材料科学和能源领域具有广泛的应用前景。
本文将探讨金属有机框架材料的合成方法以及其在催化、气体吸附和储能等方面的性能研究。
一、合成方法1. 水热法水热法是最常用的金属有机框架材料的合成方法之一。
它利用水热条件下有机配体和金属离子的反应生成晶态的MOFs材料。
在水热法中，有机配体的选择、反应温度和时间对MOFs的合成效果有重要影响。
2. 溶剂热法溶剂热法是另一种常用的合成MOFs的方法。
它通过在有机溶剂中反应有机配体和金属离子来合成MOFs材料。
溶剂热法可以在较低的反应温度下合成高质量的MOFs，并且可以控制MOFs的晶格结构和孔隙结构。
3. 气相法气相法是一种相对较新的MOFs合成方法。
它通过在气相条件下将金属有机配体的蒸气与金属还原剂反应得到MOFs材料。
气相法可以实现高温下的反应，对于一些高温不稳定的金属有机框架材料的合成具有重要意义。
二、性能研究1. 催化性能金属有机框架材料具有丰富的孔隙结构和表面活性位点，因此在催化领域具有巨大的潜力。
研究人员通过调节MOFs的结构和活性位点，可以实现对不同催化反应的高选择性和高活性。
例如，将金属有机框架材料作为催化剂载体，可以用于氧化反应、还原反应以及有机合成等领域。
2. 气体吸附性能金属有机框架材料的孔隙结构使其在气体吸附与分离方面展示出了良好的性能。
MOFs能够通过调节孔隙大小和孔道表面的亲疏性来选择性地吸附分离不同气体分子。
这使得金属有机框架材料在气体储存与分离、气体传感等领域具有广泛的应用前景。
3. 储能性能金属有机框架材料在储能领域也表现出了巨大的潜力。
MOFs材料具有高比表面积和可调节的孔隙结构，能够有效地嵌入不同类型的离子，如锂离子、氢离子等。
因此，金属有机框架材料可以用作电池、超级电容器等储能器件的电极材料，具有很高的能量密度和循环稳定性。
MOFs复合材料的制备及其应用研究进展
1〇〇 当代化工研究丄〇〇Chenmical I ntermediate科研开发2018•08 MOFs复合材料的制备及其应用研究进展*童琳莫名月*杜奕霖景婷(中山大学南方学院医学与健康管理系广州510970)摘要：金属-有机骨架材料（metal-organic frameworks，M O F s)是一种无机金属离子与有机配体通过自组装形成的多孔材料。
通过与独特性能的功能材料复合，可有效弥补单一MOFs材料的应用缺陷。
综述了MOFs复合材料的研究进展^关鍵词：金属-有机骨架材料；复合材料；应用中图分类号：T文献标识码：AResearch Progress on Preparation and Application of MOFs CompositesTong Lin，Mo Mingyue，Du Yilin，Jing Ting(Department of Medical&Health Management,Nanfang College of Sun Yat-Sen University,Guangzhou,510970)A b s tra c t'. M etal organic fram ew ork m aterial (MOFs) is a kind o f p orous m aterial f orm ed w ith inorganic metal ions and organic ligands through self-assembly. The characteristic o f m onophase MOFs m aterial can be effectively compensated by the combination o f f unctional m aterials w ith unique p roperties. Therefore, research p rogress on M O F composites is reviewed.K e yw o rd s-, metal-organic f ram eworks \composite m ateriah application1■引言金属有机骨架材料（metal-organic frameworks,MOFs)是一种由无机金属离子与有机配体通过自组装形成的多孔材 料，然而，单一的MOFs材料具有机械强度低、化学稳定性差 和导电性能不佳等缺陷，限制了其在许多领域中的应用。
多孔金属有机骨架材料的制备及其应用研究
多孔金属有机骨架材料的制备及其应用研究近年来，多孔金属有机骨架材料受到了广泛关注。
这种材料在化学、物理、材料科学等领域都有着重要的应用，同时也是新型材料领域的前沿研究课题。
本文将介绍多孔金属有机骨架材料的制备方法和应用研究进展。
一、多孔金属有机骨架材料的制备方法1. 溶剂热法溶剂热法是制备多孔金属有机骨架材料的常用方法之一，其原理是将金属离子与有机配体在有机溶剂中反应生成多孔结构。
其中的有机配体通常为大环化合物，能够提供足够的空间和配位位点，从而形成高度有序的孔洞结构。
2. 水热合成法水热合成法是利用水热反应条件制备多孔金属有机骨架材料的方法。
该方法需要在高温高压下进行实验，水热反应的高效性极大提高了孔洞结构的有序性和纯度，有助于实现更高效和可重复的制备方法。
3. 等离子体增强化学气相沉积法等离子体增强化学气相沉积法是一种新型的制备多孔金属有机骨架材料的方法，其利用等离子体增强化学反应在表面上生成有机乃至无机薄膜，再通过控制氧化剂、反应时间等因素调控氧化反应来实现多孔结构的形成。
二、多孔金属有机骨架材料的应用研究1. 气体储存与分离多孔金属有机骨架材料具有高度有序孔结构，可以承载气体分子并具有储存和分离作用，因此在气体储存和分离方面具有很大的应用潜力。
2. 催化反应多孔金属有机骨架材料在催化反应中作为载体，有助于调控反应速率和选择性，进而提高反应效率和产率。
因此，多孔金属有机骨架材料被广泛应用于各种催化反应领域。
3. 气体传感器多孔金属有机骨架材料的结构与表面性质可通过调控实现对特定气体分子的识别和探测。
基于这种特性，多孔金属有机骨架材料可用于气体传感器、化学传感器等领域，对环境污染物等进行检测。
三、结语多孔金属有机骨架材料的制备方法和应用研究已经取得了令人瞩目的进展。
随着科技的不断发展，多孔金属有机骨架材料在化学、物理、能源等领域的应用将会越来越广泛，成为新型材料领域中的重要研究方向。
基于金属有机骨架材料构建高效光催化剂的研究
基于金属有机骨架材料构建高效光催化剂的研究随着环境污染问题日益严重，光催化技术作为一种清洁能源利用和环境治理的重要手段，受到了广泛的关注和研究。
金属有机骨架材料（MOFs）作为一种新型的多孔材料，在化学催化领域展现出了巨大的潜力。
通过合理设计和构建金属有机骨架材料，可以实现高效的光催化剂，用于水分解、CO2还原、有机物合成等重要反应，这对于实现能源转化和环境保护具有重要意义。
1. 金属有机骨架材料（MOFs）的特点金属有机骨架材料具有大孔径、高比表面积、可调控的孔结构和丰富的活性位点等优异特性。
其中，金属离子作为结构中心，有机配体作为连接桥架，形成了稳定的多孔结构，这为催化剂提供了丰富的反应位点和传质通道。
MOFs材料具备设计灵活性和可控性，可以通过合成方法、配体选择和金属离子调控来实现对材料结构和性能的精确调控，从而为构建高效的光催化剂奠定了坚实的基础。
2. 基于金属有机骨架材料构建高效光催化剂的意义MOFs材料作为光催化剂的载体，具有多孔结构和可调控性，能够提供丰富的活性位点和良好的传质通道，有效地增强了光催化剂的光吸收能力和反应活性。
MOFs材料还具有较高的化学稳定性和可重复利用性，能够在光催化反应中保持稳定的催化性能，具有良好的应用前景。
3. 构建高效光催化剂的关键挑战与解决策略（1）光吸收能力：MOFs材料的光催化效率受限于其自身的光吸收能力，因此需要进行功能化改性或制备复合材料，以提高材料对可见光的吸收能力。
（2）电子传递：构建高效光催化剂需要解决MOFs材料中光生电子和光生空穴的分离和传递问题，可采用引入导电载体或构建异质结构等策略来增强电子传递效率。
（3）稳定性和可重复利用性：MOFs材料在光催化反应中可能受到光照、溶液中物质等因素的影响，因此需要设计稳定的反应体系或进行表面改性等方式来提高催化剂的稳定性和可重复利用性。
4. 基于金属有机骨架材料构建高效光催化剂的研究进展目前，研究人员已经通过功能化改性，制备复合材料，构建异质结构等多种途径，成功地构建了一系列高效的光催化剂，并在水分解、CO2还原、有机物合成等反应中取得了良好的催化性能。
金属有机框架材料在催化反应中的应用研究报告
金属有机框架材料在催化反应中的应用研究报告研究报告摘要金属有机框架材料（MOFs）作为一类新型的多孔材料，在催化反应中展现出了巨大的应用潜力。
本研究报告旨在综述金属有机框架材料在催化反应中的应用，并探讨其优点、挑战以及未来发展方向。
首先，我们简要介绍了金属有机框架材料的基本结构和合成方法。
然后，我们详细讨论了金属有机框架材料在催化反应中的应用，包括催化剂的设计、催化反应的机理以及催化性能的优化。
最后，我们对金属有机框架材料在催化反应中的应用进行了总结，并提出了未来的研究方向。
1. 引言金属有机框架材料是一类由金属离子或金属簇与有机配体通过配位键连接而成的多孔晶体材料。
其独特的结构和多孔性质赋予了金属有机框架材料在催化反应中广泛的应用前景。
与传统的催化剂相比，金属有机框架材料具有更高的比表面积、可调控的孔径和孔隙结构，以及丰富的活性位点，这些特点使其在催化反应中表现出卓越的性能。
2. 金属有机框架材料的合成与结构金属有机框架材料的合成方法多种多样，包括溶剂热法、水热法、气相法等。
通过调节合成条件和配体的选择，可以实现对金属有机框架材料的结构和性能的精确控制。
金属有机框架材料的结构可以通过X射线衍射、核磁共振等技术进行表征，常见的结构类型包括MOF-5、UiO-66等。
3. 金属有机框架材料在催化反应中的应用金属有机框架材料在催化反应中的应用主要包括催化剂的设计和催化反应的优化。
首先，通过调节金属离子和有机配体的选择以及催化反应条件的调控，可以实现催化剂的设计和合成。
其次，金属有机框架材料的多孔结构可以提供丰富的活性位点，从而提高催化反应的效率和选择性。
此外，金属有机框架材料还可以通过调控孔径和孔隙结构，实现对反应物体积的选择性吸附和传输，从而提高催化反应的效果。
4. 金属有机框架材料在催化反应中的机理研究金属有机框架材料在催化反应中的机理研究对于优化催化性能和设计高效催化剂具有重要意义。
通过表征催化反应过程中金属有机框架材料的结构变化和活性位点的形成，可以揭示催化反应的机理和催化剂的活性中心。
金属_有机骨架材料及其在催化反应中的应用
金属-有机骨架材料及其在催化反应中的应用金属-有机骨架(metal-organic frameworks，MOFs)材料是由金属离子和有机配体通过自组装而成的具有多孔结构的特殊晶体材料。
由于其种类的多样性、孔道的可调性和结构的易功能化，已在气体的吸附和分离、催化、磁学、生物医学等领域表现出了诱人的应用前景。
本文介绍了MOFs 材料的类型和常用的合成方法，综述了近年来MOFs 材料在催化领域的应用，特别是以MOFs 材料中骨架金属作为活性中心、骨架有机配体作为活性中心和负载催化活性组分的催化反应，并对MOFs 材料的催化应用趋势做了展望，以期对MOFs 材料的催化性能有比较全面的认识。
引言MOFs 材料的出现可以追溯到1989 年以Robson 和Hoskins 为主要代表的工作，他们通过4，4'，4″，4 -四氰基苯基甲烷和正一价铜盐［Cu(CH3CN)4］·BF4在硝基甲烷中反应，制备出了具有类似金刚石结构的三维网状配位聚合物，同时预测了该材料可能产生出比沸石分子筛更大的孔道和空穴，从此开始了MOFs 材料的研究热潮。
但早期合成的MOFs 材料的骨架和孔结构不够稳定，容易变形。
直到1995 年Yaghi 等合成出了具有稳定孔结构的MOFs，才使其具有了实用价值。
由于MOFs 材料具有大的比表面积和规整的孔道结构，并且孔尺寸的可调控性强，骨架金属离子和有机配体易实现功能化，因此在催化研究、气体吸附、磁学性能、生物医学以及光电材料等领域得到了广泛应用。
这些特性貌似与现有的沸石和介孔分子筛很相似，但实际上却有较大差别14］:如在孔尺寸方面，沸石的孔尺寸通常小于 1 nm，介孔分子筛的孔尺寸通常大于 2 nm，而MOFs 的孔尺寸可以从微米到纳米不等;在比表面积方面，沸石通常小于600 m2/g，介孔分子筛小于2 000m2/g，而MOFs的比表面积可达10 400 m2/g［15］。
金属有机框架材料的合成与应用研究
金属有机框架材料的合成与应用研究金属有机框架材料（Metal-Organic Frameworks, MOFs）是一类由金属离子与有机配体通过配位键构成的晶体材料。
由于其独特的结构和多样的性质，MOFs在多个领域具有广泛的研究和应用价值。
本文将探讨金属有机框架材料的合成方法以及其在催化、分离、气体储存和药物传递等方面的应用。
一、金属有机框架材料的合成方法金属有机框架材料的合成方法多种多样。
最常见的方法是通过溶剂热合成。
在这个方法中，金属离子和有机配体在有机溶剂中混合，并通过热处理形成晶体。
溶剂热合成方法具有简单、高效的特点，适用于大规模制备。
另外，还存在其他合成方法，如水热法、气相沉积法和固相合成法等。
这些方法在不同条件下可以获得具有不同形貌和性质的金属有机框架材料，从而满足各种应用需求。
二、金属有机框架材料的催化应用金属有机框架材料由于其高度可控的孔道结构和可调节的表面性质，在催化领域具有广泛的应用。
它们可以作为催化剂载体，通过调节金属离子和有机配体的选择，实现对目标反应的控制。
此外，其孔道和表面也可以修饰各种功能基团，从而提高催化反应的效率和选择性。
三、金属有机框架材料的分离应用金属有机框架材料的孔道结构可以用于分离和吸附不同分子。
通过调节孔道尺寸和表面性质，可以实现对不同大小、极性和化学性质的分子的选择性吸附和分离。
这使得金属有机框架材料在气体和液体分离、储氢和储气等方面具有潜在应用。
四、金属有机框架材料的气体储存应用金属有机框架材料的高度可调节的孔道结构使其在气体储存领域具有巨大的潜力。
例如，可通过选择合适的金属离子和有机配体，构筑出特定大小和形状的孔道，实现对特定气体的高效吸附和贮存。
这对于实现清洁能源的利用和气体分离技术的进一步发展具有重要意义。
五、金属有机框架材料在药物传递方面的应用金属有机框架材料的孔道结构和表面性质可以用于药物的载体和释放系统。
通过将药物分子包裹在金属有机框架材料的孔道中，可以实现药物的高效输送和控制释放。
金属有机骨架材料的合成及应用探究
金属有机骨架材料的合成及应用探究金属有机骨架材料（MOFs）是一种由金属离子或金属簇与有机配体通过配位键连接而成的晶体结构材料。
这种材料具有高度可控的孔隙结构、表面积大以及多功能的特性，广泛应用于吸附、分离、催化、气体存储和释放等领域。
本文将探讨MOFs的合成方法、结构特点及其在不同领域的应用。
首先，MOFs的合成方法有多种途径。
其中最常见的方法是溶剂热合成。
这种方法将金属离子或金属簇与有机配体在有机溶剂中反应，形成晶体结构并逐渐生长。
另外，还有溶剂挥发法、固相合成、水热法等多种合成方法。
这些方法能够精确控制MOFs的组成，结构和形貌，从而实现材料性能的调控。
MOFs的结构特点是其孔隙结构和表面积的调控。
MOFs的结构由金属离子或金属簇与有机配体之间的配位键连接而成，因此可以通过改变金属离子、有机配体的选择和调节合成条件来控制孔隙结构和表面积。
这种可调控的特性使得MOFs具有高度可控的吸附和储存气体分子的能力。
例如，调控MOFs的孔隙结构可以实现对特定分子的选择性吸附，从而实现分离和纯化的目的。
MOFs在吸附和催化领域具有广泛的应用。
由于其巨大的比表面积和可调控的孔隙结构，MOFs可以被用作吸附材料。
例如，MOFs可以用于吸附和储存气体，如二氧化碳的捕获和储存。
此外，MOFs还可以用于吸附和分离有机物分子，如有机染料和气味分子。
在催化领域，MOFs可以作为催化剂载体，提供大量的催化活性位点，加速催化反应的进行。
同时，MOFs可以通过调节结构和组分来调控催化反应的选择性和活性，实现对废水处理和有机合成的控制催化。
此外，MOFs还在气体存储和释放方面具有潜在应用。
MOFs因其大的表面积和孔隙结构能够吸附并存储大量气体分子，如氢气、氧气等。
这些被吸附的气体分子可以在需要的时候释放出来，例如用于燃料电池或气体传感器。
MOFs还被应用于药物传递和释放的领域，通过调控MOFs孔隙结构和组分可以实现药物的控释和靶向释放。
CuMOF及ZIFs类金属有机骨架材料的合成及其催化性能研究
内容摘要
电化学合成是制备金属有机骨架材料的一种有效方法。在电化学合成中，金 属离子或金属团簇与有机配体在特定的电化学条件下，通过配位反应、氧化还原 反应等方式形成金属有机骨架材料。电化学合成法的优点在于可在常温常压下进 行、节能环保、操作简便以及可实现规模化生产。为了提高电化学合成产物的质 量和产率，科研人员对电化学合成条件进行了大量研究，包括电解液组成、电流 密度、温度、压力等。
内容摘要
电催化性能是金属有机骨架材料在电化学领域的重要应用之一。锌、铜金属 有机骨架材料作为电催化剂，在燃料电池、电解水制氢、有机物电氧化等方面展 现出优异的性能。首先，在燃料电池领域，锌、铜金属有机骨架材料具有较高的 电催化活性和稳定性，可有效降低燃料电池的能耗和成本。
内容摘要
其次，在电解水制氢领域，锌、铜金属有机骨架材料具有优良的导电性和化 学稳定性，可降低电解能耗和提高氢气纯度。此外，在有机物电氧化领域，锌、 铜金属有机骨架材料也可用于高效催化有机物的氧化反应，从而提高有机物的转 化率和产物选择性。
ZIF-8的合成
ZIF-8是一种常见的ZIFs类MOFs，具有较高的热稳定性和化学稳定性。其合 成方法通常是将二甘氨酸锌（Zn（Gly）2）与四氢呋喃（THF）混合，然后逐渐 滴加甲醇，并在氮气保护下搅拌一定时间，最后经过洗涤、干燥等步骤得到ZIF8。其中，反应温度、反应时间、溶剂等是影响合成结果的重要因素。
材料与方法
Hale Waihona Puke CuMOF的合成CuMOF的合成
CuMOF的合成通常采用配体导向法，以金属盐和有机配体为原料，通过控制反 应条件，如反应温度、反应时间、溶剂等，合成出具有特定结构和性能的CuMOF。 其中，选择合适的有机配体是关键步骤，需要根据目标应用领域和性能要求进行 筛选和设计。
金属有机骨架材料在光催化反应中的应用研究进展
者 的关注。主要 综述 了近几年 ＭＯＦ ｓ 作为光催化剂在催化产 氢、 ｃ ０２ 还原 、 烷基化反应 、 有机 物氧化 、 有机还原 、 交叉 脱氢偶联反 应
金 属 有机 王 丽苹
・ ５ ｌ ・
金属 有 机 骨 架材 料 在 光 催化 反 应 中的应 用 研 究进 展
王 丽 革
（ 曲靖师范学 院化学与环境科学 学院 ， 曲靖 ６ ５ ５ ０ １ １ ）
摘 要 环境 问题和能 源危机 的是 当今人类社会 面临的 两大重要 问题 。光催 化技 术被 认 为是 解 决环境 问题 和 能源危机 的有
（ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｓ ｔ ｒ ｙ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ， Ｑｕ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｎ ｏ ｒ ｒ ｎ ａ ｌ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｑｕ ｊ ｉ ｎ ｇ ６ ５ ５ ０ １ １ ）
ｎ ｅ ｗ ｃ ｌ ａ ｓ ｓ ｏ ｆ ｐ ｏ ｒ ｏ ｕ ｓ ｃ ｒ ｙ ｓ ｔ ａ ｌ ｌ ｉ ｎ ｅ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ｔ ｈ ａ ｔ ａ ｒ ｅ ｂ ｕ ｉ ｌ ｔ ｆ ｒ ｏ ｍ ｍｅ ｔ ａ ｌ ｉ ｏ ｎ ｏ ｒ ｍｅ ｔ ａ ｌ ｃ ｌ ｕ ｓ ｔ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｏ ｒ ｇ ａ ｎ ｉ ｃ ｌ ｉ ｇ ａ ｎ ｄ ． Ｄｕ ｅ ｔ Ｏ ｔ ｈ ｅ ｉ ｒ ｈ ｉ ｇ ｈ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ
效 途 径 之 一 。 光 催 化 技 术 利 用 的 关键 就是 光催 化 材 料 的 开 发 。金 属 有 机 骨 架 材 料 （ Ｍｅ ｔ ａ ｌ — ｏ ｒ ｇ ａ ｎ ｉ ｃ ｆ ｒ ａ ｍｅ ｗｏ ｒ ｋ ｓ ，ＭＯＦ ｓ ） 是 由金 属 或
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存档日期：存档编号:北京化工大学研究生课程论文课程名称：超细粉体制备任课教师：教授完成日期：2015 年12 月5 日专业：化学工程与技术学号：2015姓名：成绩：金属-有机骨架材料的合成及在催化反应中的应用研究进展（北京化工大学化研北京 100029）摘要：金属有机骨架化合物(MOFs)作为一种结构新颖的材料，相比于传统的分子筛等具有优越的设计性和结构可调控性，在气体的吸附和分离、催化、生物医学等领域展现出较好的应用前景，近年来研究较为活跃。
本文介绍了MOFs材料的类型和常用的合成方法，综述了近年来MOFs材料在催化领域的应用。
关键词：金属—有机骨架材料；类型；合成；催化；应用Research Development of Synthesis and Applications in Catalysis for Materials of Metal-organic Frameworks（Beijing University of Chemical Technology Huayan Beijing 100029）Abstract: Metal organic frameworks (MOFs), as a new type of structure materials, has a better design and structure than the traditional molecular sieve. MOFs have exhibited the attractive prospects in many fields, such as the gas adsorption and separation, the catalysts and the bio-medicine. This paper introduces the types of MOFs materials and the methods of synthesis, and summarizes the application of MOFs in catalytic domain.Key words:metal-organic; frameworks; categories; synthesis; catalysis; applications引言金属-有机骨架配合物（Metal-organic Frameworks，MOFs），通常是指金属离子或金属簇与氮、氧刚性有机配体通过自组装过程形成的多孔有机骨架材料[1]，因此兼备了有机高分子和无机化合物两者的特点。
在过去十几年里,不计其数的有机配体和无机金属离子团族链接而得的固体材料被合成出来,这类材料有多种不同命名:金属有机骨架材料(metal-organic frameworks, MOFs)、多孔配位聚合物(porous coordination polymers)、有机无机杂化材料(hybrid organic-inorganic materials)、有机分子蹄类似物(organic zeolite analogues)等[2,3]。
这些命名都对应着不同的含义,但大多称其为“金属有机骨架材料”,以描述材料所具有的属性,该术语意味着其具有较强的键合能力,可以为骨架结构提供刚性,而作为连接链的有机分子的官能团可以调变。
此外,骨架结构还可以通过几何拓扑结构进行定义[4,5]。
已合成的MOFs材料具有纳米级的骨架型规整的孔道结构，大的比表面积和孔隙率以及小的固体密度等优点，在吸附、分离、催化等方面均表现出了优异的性能[6]，已成为新材料领域的研究热点与前沿。
1 MOFs的分类随着大量新配体、新方法的应用，各种拓扑结构的MOFs材料不断被合成出来，常见的3d型二价金属离子(Ni2+、Cu2+、Zn2+等)，三价金属离子(Sc3+、V3+、Cr3+、Fe3+等)和p型三价金属离子(Al3+、In3+等)以及一些稀土金属离子都可以用来作为骨架的金属节点，常用的有机配体包括多羧酸芳香配体(对苯二甲酸、均苯三甲酸等)和含氮杂环配体(咪唑类、四唑类、嘧啶、吡啶、嘌呤类等)。
根据配体的不同，可将MOFs材料分为含羧酸配体、含氮杂环配体、混合配体MOFs等；根据功能的不同，可分为发光、磁性、导电MOFs等；根据命名的不同，又可以分为MOF、ZIF、MIL等系列。
以下介绍几种代表性的MOFs材料。
1.1 MOF系列1999年Yaghi等[7]首次报道了一个典型的材料即M0F-5,其单晶的化学式是Zn4O(BDC)3(DMF)8(C6H5Cl)(BDC为有机配体对苯二甲酸,DMF和C6H5Cl为配位分子)。
其晶体结构如图1所示,它由以氧为中心的Zn4O四面体通过6个羧基配体相互桥联形成八面体Zn4O(O2C-)6团簇,然后由8个Zn4O(O2C-)6团簇构成一个含有直径约18.5Å的大孔的结构单元,材料的三维网络骨架中存在两种大小分别为15 Å和12 Å的直通孔道。
图1 MOF-5的晶体结构示意[7]2010年,Yaghi等[8]研究小组通过采用更长的有机配体合成了四种新型MOFs材料MOF-180,MOF-200, MOF-205 和MOF-210,其中MOF-210 的BET 比表面高达6240 m2g-1,己经接近固体材料比表而积的极限。
2012年,Yaghi等[9]又合成了三种全新的MOFs材料MOF-525,MOF-535和MOF-545,其BET比表面积分别为2620,1120和2260 m2g-1，虽然比表面积不高,但在碱溶液中均具有良好的稳定性,更重要的是MOF-525和MOF-545的卟啉配体可以用来螯合金属离子,这对气体吸附和催化具有积极作用。
1.2 MIL系列MIL 系列(material institute lavoisier)材料由法国的Ferey研究小组设计合成,它们由过渡金(Cr、Fe、V等)或者镧系金属与对苯二甲酸、琥珀酸等二羧酸配体构成,这类MOFs材料普遍具有良好的稳定性。
2005年,Fercy等在Science上报道了一种新型的MOF结构即MIL-l01(Cr),单晶化学式为Cr3F(H2O)2O[(O2C)-C6H4-(CO2)]3·nH2O,其BET 比表面积达4620 m2g-1，是比表面积较大的MOFs材料之一。
其拓扑结构如图2所示,首先由铬金属中心的三聚体Cr3O和有机配体BDC形成超四面体结构单元(ST),然后由超四面体相互连接形成三维网络结构,网络中包含大小分别为29 Å和34 Å的孔笼,孔笼中都包含了两种大小分别为12 Å和16 Å的五边形和六边形窗口。
MIL-l0l是一种刚性骨架结构,因此稳定性很高,吸引了众多研究者的关注,在气体吸附/分离,催化,导电膜材料等领域具有广泛应用前景。
不同于MIL-101,MIL-53具有柔性的三维骨架结构和一维菱形孔道,它由MO4(OH)2八面体(M=Cr3+,A13+或Fe3+)和对苯二甲酸相互连接而成。
某些吸附在孔道中的客体水分子可以通过氢键与骨架相互作用,在水分子吸附和脱离的过程中,孔结构会发生膨胀和收缩的“呼吸效应”。
这种特殊的性质也表现在对一些极性气体分子如CO2的吸附中,使得MIL-53具有较高的CO2/CH4,CO2/N2以及CO2/O2分离'性能。
除了以上两种代表性材料外,MIL系列还有很多:如MIL-71,MIL-88,MIL-96,MIL-100等,这些材料的合成制备及应用研究具有重要意义。
图2 MIL-l0l(Cr)的结构示意图[10]1.3 ZIF系列ZIF (zeolitic imidazolate frameworks)因具有类似沸石的三维网络结构而得名，不同于MOF和MIL系列的含羧基有机配体，ZIF系列的有机配体是含氮的咪唑类有机物。
最早由Yaghi的研究小组于2006年报道，他们合成了一系列ZIF材料(从ZIF-1到ZIF-12)，这些MOFs具有7种不同类型的硅铝沸石型拓扑结构，相当于沸石结构中的Si(Al)四面体和连接二者的O原子分别被过渡金属离子(如Zn、Co、In等)和咪唑配体代替，研究发现ZIF系列材料具有很高的热稳定性(高达550 ℃)和显著的化学稳定性，甚至能在热碱性水溶液和有机溶剂中长期保持稳定。
ZIF-8是最具代表性的ZIF材料，它由Zn2+与4个2-甲基咪唑配体相连形成，单晶结构化学式为Zn(MeIM)2(DMF)(H2O)3，具有方钠石拓扑结构(SOD)（如图3），其BET比表面积为1630m2·g-1。
材料的三维骨架中含有11.6Å的大孔腔以及大孔腔间的3.4 Å小孔，由于孔径小于大多数烃类分子的尺寸，因此很适合作为气休“筛分”材料从大分子中分离出小分子，例如从CH4中分离H2，从CH4中分离CO2等。
关于ZIF-8的应用研究已-有很多报道，例如用于气体分离的纳米ZIF-8矩阵膜，采用ZIF-8直接制备用于超级电容器电极的纳米多孔碳材料等，此外还有很多其他ZIF系列的MOFs材料如ZIF-67，ZIF-76，ZlF-90等，分别在气体吸附、膜分离等方面具有广泛的应用。
图3 ZIF-8的单晶结构[11]1.4 其他系列除了上述几种代表性MOFs以外，还存一些非常有特点的MOFs材料经常作为研究对象，HKUST-1就是其中一种。
HKUST-1由均苯三甲酸和Cu2+构成，其结构如图4所示，材料的三维骨架中含有1 nm左右的孔道，孔隙率约40%，因为其良好的孔径和热稳定性，关于其在气体吸附、膜材料、纳米材料制备等方面的研究也很多。
除了这些采用简单配体合成的MOFs材料外，还有许多含有杂化或者复杂配体的MOFs材料，在此就不一一列举。
图4 HKUST-1的晶体结构示意图[12]2 MOFs的合成方法常用的MOFs材料合成方法[13-16]有: （1）水热法，（2）超声法，（3）扩散法，（4）机械搅拌法，(5)研磨法，（6）层层自组装法。
各合成方法的特点如下:2.1 水热法水热法是最为传统和常用的制备MOFs方法，主要过程是把金属离子溶液和有机功能配体充分混合，转移至装在真空干燥箱中的密闭反应釜里，控制加热到反应所需的温度(25℃-250℃)。
在处于液相或超临界条件下的溶剂热反应中，可以溶解掉在常温常压下不溶或难溶的反应物，从而可以充分反应，生长出来的晶体颗粒大，结构完整，缺陷少。
由于反应是在密闭的环境中进行的，可以很好的防止有毒物质的挥发。
主要缺点就是反应要求高温高压，耗能大，反应时间长，后处理复杂，不能观测到晶体的生长过程，反应历程中整个反应具体过程也难以弄清楚。