金属有机骨架材料MOFs简介
金属-有机骨架材料(MOF)的分类
结构特征
基于拓扑结构
根据MOFs的拓扑结构进行分类，如 不同的连接方式、节点类型和网络结 构。
基于孔径大小
基于功能性
根据MOFs的官能团类型和功能进行 分类，如具有特定反应活性或吸附性 能的MOFs。
根据MOFs的孔径大小进行分类，适 用于不同大小的客体分子吸附和分离。
合成方法
01
02
03
水热合成法
溶液法
在温和条件下，通过控制反应物的浓度、温度和pH等参数，使反应物在溶液中结晶形成 MOFs。该方法适用于合成低成本、大规模的MOFs。
气相法
在气态条件下，使金属前驱体与有机连接单元反应生成MOFs。该方法可以合成具有特定 形貌和结构的MOFs。
基于应用领域的分类
气体储存和分离
MOFs具有高比表面积和可调的 孔径，可以用于储存和分离氢 气、天然气等气体。
通过调整金属离子和有机配体的组合，提高MOFs的孔径可调性和结构稳定性，使其能够更好地 吸附和分离气体。
增强MOFs的热稳定性和化学稳定性
通过改进合成方法和条件，降低MOFs在高温和化学环境中的分解和损失，提高其稳定性和使用 寿命。
提升MOFs的吸附容量和选择性
通过优化MOFs的结构和组成，提高其对特定气体的吸附容量和选择性，使其在气体分离和储存 领域具有更高的应用价值。
催化
MOFs可以作为催化剂载体，用 于催化氧化、还原、加氢等反 应。
传感器
由于MOFs具有高灵敏度和选择 性，可以用于检测气体、生物 分子等物质的存在和浓度。
药物输送
通过将药物分子装载到MOFs中 ，可以实现对药物的缓释和靶 向输送。
04 MOFs的未来展望
提高MOFs的性能和稳定性
金属有机骨架材料
金属有机骨架材料金属有机骨架材料（Metal-Organic Frameworks, MOFs）是一种由金属离子或金属团簇和有机配体组成的晶态材料。
它们以其巨大的表面积、多孔性和可调控性而受到广泛关注。
金属有机骨架材料的结构特点是由金属离子或金属团簇作为骨架连接节点，有机配体作为连接辅助剂，通过配体和金属之间的配位键连接形成三维结构。
这种特殊的结构使得MOFs具有高度可调控性，可以通过合成不同的金属和配体来制备具有不同结构和性质的MOFs材料。
MOFs具有非常大的比表面积，可达到几百到几千平方米/克，远远超过传统多孔材料。
这是由于其高度结构化的孔道和大量的微孔结构。
这种特殊的结构使得MOFs具有出色的储气、储能和气体分离等领域的应用潜力。
以气体分离为例，由于MOFs具有可调控的孔道尺寸和化学环境，可以通过选择合适的MOFs材料来实现对特定气体的高选择性吸附和分离。
另外，MOFs还具有较高的储氢能力和催化性能，因此在储能和催化领域也有广泛应用。
MOFs的孔道结构可以实现高度集成和固定化的催化活性中心，从而提高催化反应效率。
此外，MOFs还可以通过调节金属和配体的种类和比例来调控其催化性能，使其具备优异的催化活性和选择性。
此外，MOFs材料还广泛应用于氢气储存、吸附降解有害气体、药物递送、光电器件等领域。
由于其多样的结构和功能，MOFs成为了材料科学和化学领域的研究热点，并在实际应用中取得了一些重要的突破。
总而言之，金属有机骨架材料作为一种新型晶态材料，具有巨大的表面积、多孔性和可调控性，可以应用于储气、储能、气体分离、催化、药物递送、光电器件等领域。
随着对其研究的深入，相信MOFs将会在更多领域展现出其独特的优势和应用潜力。
MOFs材料介绍
MOF-5粉末超声分散在乙腈中制得MOF-5悬浮液
悬浮液填充到固相萃取空柱管
上样前，甲醇淋洗
上样后，真空抽取SPE柱， 目标物用二氯甲烷洗脱
氮气流吹干洗脱液，再加入乙腈 复溶样品，取其进入色谱柱分析数据
27
谢谢！
微波 快速结晶
在微波辅助下，可以在较低温度下，较为温和的条件，较短的时间内 完成反应，晶体颗粒小。
17
制备方法——晶种法
通过蒸发或冷却化合物大的饱和溶液，生成单晶
反应条件温和，生成较好的单晶，便于单晶结构解析 缺点：时间长，且需反应物在室温条件下溶解性好。
18
制备方法——超声合成法
•
超声合成在于能使溶剂中不断地形
超声均匀
机械搅拌
20
乙醇，水，洗涤，真空干燥
（三）合成MIL-101
Cr(NO3)3 ·9H2O
苯二甲酸
加至聚四氟 乙烯反应釜
加入水，氢氟酸
混合均匀后密封装入 不锈钢套内，烘箱中 220℃反应8h
产物经DMF回流12h，10000rpm离心5min， 弃上液，乙醇洗涤数次，离心，干燥
22
23
24
结构
最大的特点
柔韧性，在外界因 素刺激下，材料结 构会在大孔和窄孔 两种形态之间转变。
MIL
呼吸现象
10
CPL
④ CPL
由六配体金属元素与中性的含氮杂环的 2，2'联吡啶，苯酚等配体配位而成
剩余的两个位置则是金属与线性二齿 有机配体形成，形成独特的层状结构
CPL
12
利用Zn（二价）或Co（二价）与咪唑体反应，合成出类沸石
改变不同的有机配体，可以获得具有“孔笼-孔道”结构 的MOF材料。
金属有机框架(MOFs)材料在防腐涂层中的应用
降低生产成本
寻找低成本、高效的合成策略，以降低MOFs材料的生产成本。
改善涂层附着力
通过表面处理、界面优化等方法，提高MOFs涂层与基材的附着力。
环保与可持续发展
研究绿色、环保的合成方法，降低MOFs材料的环境影响，同时推动 其在防腐涂层领域的可持续发展。
03
MOFs材料在防腐涂层中的性能 研究
耐腐蚀性能研究
耐腐蚀性能
01
金属有机框架(MOFs)材料具有优异的耐腐蚀性能，能够有效地
保护基材免受腐蚀。
影响因素
02
MOFs材料的耐腐蚀性能受到多种因素的影响，如框架的稳定性
、孔径大小和孔道结构等。
实验研究
03
通过电化学测试和浸泡实验等方法，对MOFs材料的耐腐蚀性能
，导致性能下降。
涂层附着力差
由于MOFs材料具有多孔性，与基材 的附着力较差，容易脱落。
生产成本高
目前MOFs材料的合成方法较为复杂 ，需要使用大量的有机配体和金属盐 ，导致生产成本较高。
环保问题
在合成过程中，MOFs材料可能产生 有毒有害的副产物，对环境造成影响 。
未来的研究方向与前景
提高稳定性
MOFs材料的结构与性能关系
结构特点
MOFs材料的结构和性能密切相关，通过改变金属离子和有机配体的组合以及 合成条件，可以调控MOFs材料的结构和性能。
性能表现
良好的气体吸附和分离性能、催化性能、光电性能等。
02
金属有机框架(MOFs)材料在防 腐涂层中的应用
防腐涂层的定义与重要性
防腐涂层定义
进行了深入研究。
防污性能研究
mofs金属有机骨架化合物
mofs金属有机骨架化合物
MOSF（Metal-Organic Framework）是一种由金属离子和有机配体构成的结晶材料，也被称为金属有机骨架化合物。
它们具有高度可调性、多孔性和表面积大的特点，因此在气体分离、催化、储能等领域有广泛的应用。
历史上，MOSF最早是在20世纪50年代被发现的。
当时，科学家们开始研究金属离子和有机配体的结合方式，以期获得新型的材料。
但是由于技术限制和材料性质的复杂性，直到近年来才有了重大突破。
2003年，美国加州大学洛杉矶分校的Omar Yaghi教授和他的团队首次合成了一种MOSF材料，这个材料被称为MOF-5。
MOF-5由Zn4O（COO）6和1,4-苯二甲酸构成，具有高度的孔隙度和表面积。
这项研究成果被《科学》杂志评为2003年度十大科学突破之一。
自此之后，MOSF材料的研究进展迅速。
科学家们不断地发现新的金属离子和有机配体的组合方式，创造出了越来越多种类的MOSF材料。
例如，MIL-101、UiO-66、HKUST-1等，它们在气体分离、催化、储能等领域都有广泛的应用。
总之，MOSF材料的发展历史是一个不断探索、创新的过程。
随着科学技术的不断进步，我们相信MOSF材料将会有更广泛的应用前景。
金属有机骨架材料简介
金属有机骨架的气体吸附性能研究摘要：金属有机骨架材料(metal organic frameworks，MOFs)作为一类新型的多孔材料，具有比表面积高、孔径可调、可功能化修饰等诸多优点，在气体吸附领域具有广泛的潜在用途，研究MOFs材料上的吸附，揭示其吸附机理，对新MOFs材料的设计及其在吸附领域的应用，具有非常重要的理论研究和应用价值。
本文主要介绍了MOFs材料的特点，并讨论了不同MOFs材料对CO2，H2，CH4气体的吸附性能。
关键词：MOFs；气体吸附性1.金属有机骨架（MOFs）的简介金属有机骨架材料是由金属离子或离子簇与有机配体通过分子自组装而形成的一种具有周期性网络结构的晶体材料，组成MOFs的次级结构单(secondary building units，SBUs)是由配位基团与金属离子结合而形成小的结构单元，在一定程度上决定了材料骨架的最终拓扑结构。
这种多孔骨架晶体材料，是一种颇具前途的类沸石(有机沸石类似物)材料，可以通过不同金属离子与各种刚性桥连有机配体进行络合，设计与合成出不同孔径的金属-有机骨架，从而使得MOFs的结构变化无穷，并且可以在有机配体上带上一些功能性的修饰基团，使这种MOFs微孔聚合物可以根据催化反应或吸附等性能要求而功能化[1]。
MOFs材料的研究始于20世纪80年代末90年代初，1989年Hoskins和Robson报道了一类由无机金属团簇和有机配体以配位键方式相互链接而成的新型固体聚合物材料，被认为是MOFs材料研究的开端，但当时普遍存在的问题是用于合成MOFs材料的模板剂除去后结构容易坍塌，而且其骨架出现相互贯穿的现象[2]。
20世纪以来MOFs的研究取得了突破性进展，随着晶体工程学在MOFs研究中的应用，人们可以根据需要通过设计新型的有机配体和控制合成方法来精确调控MOFs的结构，各种高比表面积和孔体积的新型MOFs材料不断被合成出来[3]，与此同时，MOFs在气体吸附、分离、催化、药物运输荧光等方面表现出了巨大的应用潜力。
MOFS材料
课后作业
通过学校图书馆的ACS及RSC数据库，任选 一篇关于MOFs材料的光、电、磁、吸附、催化 等性能方面的研究论文，仔细研读后，写出一篇 不少于200字的读后感。
29
MOFs材料设计原理
30
MOFs 包括两个重要的组分：结点（connectors, 网络结构中的节点）和联接体（linkers,联接网络结构 结点间的化学键或包含多个化学键的有机官能团）。 在多孔MOF中，人们通常把金属离子看作为结点，配 体作为联接体。
24
目前，国际上许多化学家、物理学家和材料学 家的研究结果表明，MOFs 多孔材料在气体的储存、 催化剂、分离及光电磁材料等方面具有重要的应用 价值。
另外，金属位在大量的分子识别过程中起关键 性的作用，因为金属位能产生高度的选择性和分子 的储存和传送。
MOFs材料经常具有不饱和金属位和大的比表 面积，这在化学工业有着广阔的应用前景。
BDC groups (C: shaded circles). (b) The same with four ZnO4 tetrahedra shaded. (c) The same with the C6 octahedron shaded. (d) The BDC anion (O: open circles, C: shaded circles). (e) The link (the phenyl of the BDC anion).
manipulations are very easy.
A major disadvantage of this approach is that the
outcomes are often difficult to be predicted since no
MOFs材料简介
金属-有机骨架薄膜
MOFs 沉淀在Al2O3、SiO2 及碳基底上
MOFs 沉淀在自组装有机单层 ( SAM) 修饰的 基底上
MOFs 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)
金属离子 Co2+
有机配体 H3L
5-（苯甲酸-4-甲氧 基）间苯二甲酸
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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。
气体吸附与存储
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。
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π-π作用、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。
金属有机骨架 science
金属有机骨架 science金属有机骨架（MOFs）是一种新型的材料，由金属离子或簇与有机配体组成的三维结构网络。
MOFs具有高度可调性、多样性和可控性，因此在催化、气体吸附、分离、传感、储能等领域具有广泛的应用前景。
MOFs的发现可以追溯到20世纪50年代，但直到近年来才引起了广泛的关注。
MOFs的独特性质源于其结构的可调性和多样性。
MOFs的结构可以通过选择不同的金属离子和有机配体来调节，从而实现对其物理和化学性质的调控。
此外，MOFs的结构还可以通过改变反应条件和合成方法来调节，从而实现对其形貌和尺寸的控制。
MOFs在催化领域的应用是其最为重要的应用之一。
MOFs具有高度可调性和多样性，可以通过选择不同的金属离子和有机配体来调节其催化性能。
MOFs的催化性能主要取决于其结构和金属离子的种类和状态。
MOFs可以作为催化剂载体，也可以作为催化剂本身。
MOFs的催化性能已经在多种反应中得到了验证，包括氧化、加氢、脱氢、羰基化、烷基化等反应。
MOFs在气体吸附和分离领域也具有广泛的应用前景。
MOFs具有高度可调性和多样性，可以通过选择不同的金属离子和有机配体来调节其气体吸附和分离性能。
MOFs的气体吸附和分离性能主要取决于其结构和孔径大小。
MOFs可以作为气体吸附剂和分离剂，可以用于气体分离、气体储存、气体传感等领域。
MOFs在传感领域也具有广泛的应用前景。
MOFs具有高度可调性和多样性，可以通过选择不同的金属离子和有机配体来调节其传感性能。
MOFs的传感性能主要取决于其结构和金属离子的种类和状态。
MOFs可以作为传感器材料，可以用于检测气体、水、离子等物质。
MOFs在储能领域也具有广泛的应用前景。
MOFs具有高度可调性和多样性，可以通过选择不同的金属离子和有机配体来调节其储能性能。
MOFs的储能性能主要取决于其结构和金属离子的种类和状态。
MOFs可以作为储能材料，可以用于电池、超级电容器等领域。
金属有机骨架材料的研究和应用
金属有机骨架材料的研究和应用金属有机骨架材料（MOFs），指的是由金属离子和有机配体构成的晶体结构材料。
近年来，MOFs因其高表面积、多孔性、可逆性和可控性等独特的性质，在领域丰富，包括催化、吸附、分离、传感和能源等方面有广阔的应用前景。
本文将从合成、物性、应用等方面探讨MOFs的研究进展。
1. 合成方法MOFs的合成方法包括溶剂热法、溶剂挥发法、水热合成法、物理气相沉积法、光化学合成法等。
其中最常用的是溶剂热法。
该方法通过金属离子与有机分子的自组装形成晶体结构，并可根据需要调整材料中的孔径、孔隙大小和化学结构。
此外，光化学合成法具有可控性强、环境友好等优点，在MOFs的制备中也具有广泛的应用前景。
2. 物性MOFs的物性主要包括孔径、晶体结构、比表面积和热稳定性等。
具体来讲，在孔径方面，MOFs的孔径大小可达到几纳米至数十纳米，使其具有极高的表面积。
在晶体结构方面，不同的有机配体和金属离子组合可形成不同的晶体结构，从而导致MOFs的性质差异。
在比表面积方面，MOFs具有极高的表面积，常常超过一百万平方米每克。
在热稳定性方面，例如ZIF-8具有较好的热稳定性，这使得其应用于高温环境中。
3. 应用领域MOFs的应用领域非常广泛，主要包括催化、吸附、气体分离、生物传感和能源等方面。
在催化领域，由于MOFs具有高表面积和多孔性，因此可用于催化反应的加速和选择性的提高。
在吸附领域，MOFs可以用于吸附空气中的水分子和与水分子相关的有害气体，由此可实现净化空气的应用。
在气体分离领域，MOFs可用于甲烷、氧气和二氧化碳的分离和储存。
在生物传感领域，MOFs可作为荧光探针，用于检测生物相关物质。
在能源领域，由于MOFs具有高比表面积和较好的储气性质，因此可用于燃料电池和氢储存等应用。
4. 发展趋势MOFs的研究越来越受到关注，但也存在一些问题需要解决。
例如，MOFs在水分子的存在下易受污染，严重影响其应用性能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
金属有机骨架材料
M O F s简介
SANY标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#
金属—有机骨架（MOFs）材料代表了一类杂合的有机—无机超分子材料，是通过
有机桥联配体和无机的金属离子的结合构成的有序网络结构。
MOFs呈现出目前最高的
比表面积，最低的晶体密度以及可调节的孔尺寸和功能结构，使MOFs可以实现一些特
殊的应用，包括气体的存储和分离，催化以及药物缓释等。
通过在有机配体中引入功能
基团或者利用MOFs作为主体环境引入活性组分，合成功能化的MOFs材料，可以大大
拓宽其应用范围。
-华南理工-袁碧贞
金属有机骨架（Metal-OrganicFrameworksMOFs）材料是利用含氧、氮等多齿有机
配体与金属离子通过自组装形成的具有周期性网络结构的一种类沸石材料[1]。
—华南理工-袁碧贞
MoF材料是由含氧!氮等的多齿有机配体(大多是芳香多酸和多碱)与过渡金
属离子自组装而成的配位聚合物,是一种比表面积大!孔隙率高!热稳定性好!
构型多样化的类沸石材料[22一],其发展历程大致可以分为三代12.]"如图1一1所示"
最早的MoF材料是由Kattagawa/J!组在20世纪90年代中期合成的,但其合成的材
料在客体分子去除后,骨架坍塌,晶体结构遭到破坏,未形成永久性的孔隙率"
这也是第一代MOF材料"随后科学家们开始研究新型的阳离子!阴离子以及中
性的有机配体链接形成的配位聚合物"第二代材料在客体分子移走后能够留下空位形成永久性的孔隙率"MOF材料在受到压力!光!化学刺激或者除去溶剂分
子时,材料骨架的形状会发生变化,这就是第三代MOF材料"含有梭基的阴离
子配体和金属离子链接构成的MOF材料属于我们所说的第二代MOF材料,然而含有氮杂环的有机中性配体构建的MOF材料属于我们所说的第三代MOF。
——北化-安晓辉
金属-有机骨架(metal-organicframeworks，
MOFs)材料是由金属离子与有机配体通过自组装过
程杂化生成的一类具有周期性多维网状结构的多孔
晶体材料，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，在吸附、分
离、催化等方面均表现出了优异的性能，已成为新材
料领域的研究热点与前沿。
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(CH
3
CN)
4
4
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
［1］
，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
［2］
，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
［3—9］
、气体
吸附
［10］
、磁学性能
［11］
、生物医学
［12］
以及光电材
料
［13］
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，但实际上却有较大的差别
［14］
:如在孔尺寸方面，沸石的孔尺寸通常小
于1nm，介孔分子筛的孔尺寸通常大于2nm，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600m
2
/g，介孔分子筛小于
2000m
2
/g，而MOFs的比表面积可达
10400m
2
/g。
不但如此，MOFs可以通过对有机
配体的设计来实现更多的结构，如在MOFs中嵌入
立体手性的配体，来实现不对称催化反应
［16］
等。
因
此MOFs可以应用在一些沸石和介孔分子筛无法应
用的方面。
—北化-李庆远
金属一有机骨架材料(metal一"笔anieframework,MOF)通常是指由无机簇(ino 嗯anie
cluster)同有机配体(linker)相连接形成的具有周期网格结构的晶体材料=.]"不同于传
统的无机一有机杂化材料,通过选择不同的金属簇和有机配体,科学家们可以对其进行结
构的设计和修饰"—吉大-徐进
MOFs材料主要由金属中心和有机配体两个部分组成。
金属中心被视为无
机次级结构单元（SBU），而有机配体被视为有机SBU，两个部分通过配位键以及其他分子间作用力相互联接，从而构成具有周期性网络结构的晶体材料[8,9]。
在文献中，MOFs材料还常见其他的表述，如：有机–无机杂化晶体材料（Organic–InorganicHybridMaterials）、多孔配位网络结构（Porous CoordinationNetworks）、多孔配位聚合物（PorousCoordinationPolymers）等
等。
--吉大-吴蕾
金属有机骨架材料,是指无机金属中心与有机官能团通过共价键或离子-共价键相互链接,共同构筑的具有规则孔道或者孔穴结构的晶态多孔材料[6,71。