MOFs材料论文综述类比赛结题报告

有机金属框架物的合成、应用及发展前景有机金属框架物的合成、应用1摘要金属有机框架物是近年来发展地较快的一类新材料。本篇综述主要对它的合成方法，在各个学科领域的应用情况，以及发展现状进行了概括和论述，并对其在未来的发展趋势进行了展望，对研究中遇到的问题进行了总结。金属有机框架物仍有很大有待于发掘的价值，应用前景十分广阔。关键词：金属有机框架材料；合成；气体储存AbstractMetal-organicframeworksareakindofnewmaterialswhichhavedevelopedfastinrecentyears.0ursummarydiscoursedandsummarizeditssyntheticmethods,applicationindifferentfieldsanditsdevelopingsituation.Wealsolookedforwardtoitsdevelopmenttendency,summarizingtheproblemsencounteredintheprocessofresearch.Metal-organicframeworksstillhavegreatvaluesremainedtobediscovered.Theprospectwillbeveryvast.KeyWords:medical-organicframeworks；synthetic；gasstorage摘要2MOFs材料的合成制备方法合成中的主要影响因素小结MOFs材料的研究情况及进展MOFs材料的类型及其在储氢领域的应用MOFs材料在气体吸附与分离领域的应用MOFs材料在其他领域的应用未来发展及有待改进之处MOFs材料的合成3MOFs材料的合成制备方法合成中的主要影响因素小结[1]MOFs材料的合成[1]41.2合成中的

主要影响因素

（1）原料的选择

（2）模板剂的选择

与加入方法

（3）反应条件

1.1 制备方法（1）溶剂热法（2）扩散法 （3）接触法 （4）挥发法 （5）其他合成方法1.2合成中的

主要影响因素

（1）原料的选择

（2）模5ServicesManagementServiceBusInformationAccessServicesPresentationServices

合成一种新的MOFs材料时，设计过程中除了考虑几何因素外，维持骨架结构的完整性和稳定性的也显得极为重要。因此，既需要找到足够温和的条件以维持有机配位体的功能和构造，又要有足够的反应性来建立金属与有机分子之间的配位键。

目前人们已经了解并掌握了多种MOFs材料的合成方法，大部分合成方法都比较简单、原料成本低、无需使用结构导向剂、对反应设备的要求较低、操作简单易行，为MOFs材料在今后的社会发展上将起到的用途奠定了基础。ServicesManagementServiceBus6ServicesManagementServiceBusInformationAccessServicesPresentationServices

分子间作用力是较难预测的，金属离子与配体的浓度比、溶剂的极性、pH值与温度的微小的变化等等因素都可能致使晶体质量和产率发生变化，以至于产生全新的骨架结构。

所以对于MOFs的合成需要科学家们不断努力辨识和修正合成条件，使金属和配体之间能按意想的方式作用并互相结合。一旦确定了合适的条件，其合成结果的产率将大大增加，能耗问题也可得到一定解决，并且合理的时间范围内溶剂也可循环使用。

目前，国际上的先进研究已发表了一些高度多孔MOFs超出实验室规模的量制备的例子。

ServicesManagementServiceBus7MOFs材料的研究情况及进展MOFs材料的类型及其在储氢领域的应用MOFs材料在气体吸附与分离领域的应用MOFs材料在其他领域的应用[2]MOFs材料的研究情况[2]8

第一代MOFs材料早在20世纪90年代中期就已被合成出来，但其孔隙率和化学稳定性并不高。随着科学家的不断努力，迄今为止已有上百种ZIF系列类分子筛材料被研究出来。在该领域中国际上最具影响力的科学家及其团队以美国、日本和欧洲的科学家为主，最具代表性的是2010年诺贝尔奖的化学奖得主之一——美国UCLA的OmarM.Yaghi、日本京都大学的S.kitagawa以及东京大学的M.Fujita等，他们做出了大量的工作，并取得了较大的贡献。

目前，国际上许多先进研究表明，因大部分MOFs材料具有超低密度孔隙结构、良好的化学稳定性和吸附性能（由表面积大小和功能性基团等因素决定），故其在气体的储存方面有巨大的利用价值，突出表现在存储大量的甲烷和氢等燃料方面，关于“不同金属框架化合物对气体的吸附性质”的研究也受到了国际上极大的关注；由于其比表面积大和兼具“无机材料刚性和有机材料柔性”于一身的性质等特征，尤其是该类材料孔径形状以及大小均能够通过不同的金属中心和有机配体来塑造的特性，其在催化剂、分离及光电磁材料等方面也有着比其它多孔材料更为广泛的前景。第一代MOFs材料早在20世纪90年代中期就已被合成9

据各著名期刊如Science,nature,JACE,wiley,RSC,Elseview,sponger等已发表的关于MOFs文献的数量看，涉及该领域的研究还相对较少。即该领域还较为年轻，具有广阔的发展前景。

尤其在我国，MOFs材料在气体吸附方面的应用起步较晚，还仍然停留在设计和研究阶段。据各著名期刊如Science,nature,JA10MOFs材料近几年在每百万期刊中年度命中数MOFs材料近几年在每百万期刊中年度命中数11

铜MOFs材料锌MOFs材料2013181520122111201194201064200971200843近6年在SCI期刊上发表的关于两种重要金属MOFs的论文篇数统计结果

铜MOFs材料锌MOFs材料20131815201221112研究表明，材料的比表面积、孔容量、金属位点以及修饰基团均可影响其氢储性能，这为设计具有更高氢储性能的MOFs材料指明了方向。1999年，OmarM.Yaghi研究小组发布了具有储氢功能、由有机酸和锌离子合成的MOFs材料。下面分别介绍MOF-5、IRMOFs、MMOMs等三种储氢材料。研究表明，材料的比表面积、孔容量、金属位点以及修饰基团均可影13MOF-5的结构单元及拓扑结构MOF-5的结构单元及拓扑结构14未来发展及有待改进之处[3]未来发展及有待[3]15

金属有机框架物的应用前景十分广阔。从气体吸附与分离方面来看，合成具有更高吸附性能的MOFs材料用于氢气储存、有害气体吸附与分离，可在一定程度上解决环境问题。

例如，MOFs作为吸附材料，在脱硫领域具有巨大应用潜力；从催化应用方面来看，利用不同金属混合构建具有高效催化功能的复合MOFs材料将进一步提高催化效率；在分离领域，制备具有磁性的复合MOFs材料可用于有毒有害物质、重金属的吸附与分离以及复杂体系中目标蛋白质的提取与分离；在生物医学领域，由于其可控的孔径大小、功能基团以及良好的生物兼容性，制备纳米级的MOFs材料并将其用于活细胞中药物缓释与代谢、生命体活动的实时监测，对人们了解生物体内重要的生命活动、调控蛋白质的激活机制以及重大疾病相关的蛋白质调控通路等具有重大的生物学意义。

最重要的是，MOFs材料能在解决能源危机的问题上会发挥出较大的力量。由此来看，对于金属有机框架物的进一步研究和发展对于各个学科领域都具有非常重要的意义。金属有机框架物的应用前景十分广阔。从气体吸附与分离方16

关于金属有机框架物的各方面研究和发展正在不断进行，而这其间也遇到过各种瓶颈和亟待解决的问题，例如：合成MOFs材料的方法大多是通过溶剂热反应，而较为缺少其他方法；并且实验中的一些因素，例如反应条件、温度、pH值等对其组成和结构有着重要的影响，这让合成与获得精确的MOFs材料变得困难。MOFs材料的储氢机理、材料的结构与其储氢性能之间的关系、在标准状态或常温常压下的储氢性能等等问题依然有待人们探索和解决。它的贮氢能力对制备条件比较敏感，其微孔结构受制备条件的影响很大、大多数金属有机框架物除掉客体分子后其骨架结构会发生改变甚至坍塌。怎样研制和利用好这一材料，是急需解决的一大问题，科学家们也因此面临着更多的挑战。

关于金属有机框架物的各方面研究和发展正在不断进行，而17谢谢观赏请各位老师评委指导点评!谢谢观赏请各位老师评委指导点评!有机金属框架物的合成、应用及发展前景有机金属框架物的合成、应用19摘要金属有机框架物是近年来发展地较快的一类新材料。本篇综述主要对它的合成方法，在各个学科领域的应用情况，以及发展现状进行了概括和论述，并对其在未来的发展趋势进行了展望，对研究中遇到的问题进行了总结。金属有机框架物仍有很大有待于发掘的价值，应用前景十分广阔。关键词：金属有机框架材料；合成；气体储存AbstractMetal-organicframeworksareakindofnewmaterialswhichhavedevelopedfastinrecentyears.0ursummarydiscoursedandsummarizeditssyntheticmethods,applicationindifferentfieldsanditsdevelopingsituation.Wealsolookedforwardtoitsdevelopmenttendency,summarizingtheproblemsencounteredintheprocessofresearch.Metal-organicframeworksstillhavegreatvaluesremainedtobediscovered.Theprospectwillbeveryvast.KeyWords:medical-organicframeworks；synthetic；gasstorage摘要20MOFs材料的合成制备方法合成中的主要影响因素小结MOFs材料的研究情况及进展MOFs材料的类型及其在储氢领域的应用MOFs材料在气体吸附与分离领域的应用MOFs材料在其他领域的应用未来发展及有待改进之处MOFs材料的合成21MOFs材料的合成制备方法合成中的主要影响因素小结[1]MOFs材料的合成[1]221.2合成中的

主要影响因素

（1）原料的选择

（2）模板剂的选择

与加入方法

（3）反应条件

1.1 制备方法（1）溶剂热法（2）扩散法 （3）接触法 （4）挥发法 （5）其他合成方法1.2合成中的

主要影响因素

（1）原料的选择

（2）模23ServicesManagementServiceBusInformationAccessServicesPresentationServices

合成一种新的MOFs材料时，设计过程中除了考虑几何因素外，维持骨架结构的完整性和稳定性的也显得极为重要。因此，既需要找到足够温和的条件以维持有机配位体的功能和构造，又要有足够的反应性来建立金属与有机分子之间的配位键。

目前人们已经了解并掌握了多种MOFs材料的合成方法，大部分合成方法都比较简单、原料成本低、无需使用结构导向剂、对反应设备的要求较低、操作简单易行，为MOFs材料在今后的社会发展上将起到的用途奠定了基础。ServicesManagementServiceBus24ServicesManagementServiceBusInformationAccessServicesPresentationServices

分子间作用力是较难预测的，金属离子与配体的浓度比、溶剂的极性、pH值与温度的微小的变化等等因素都可能致使晶体质量和产率发生变化，以至于产生全新的骨架结构。

所以对于MOFs的合成需要科学家们不断努力辨识和修正合成条件，使金属和配体之间能按意想的方式作用并互相结合。一旦确定了合适的条件，其合成结果的产率将大大增加，能耗问题也可得到一定解决，并且合理的时间范围内溶剂也可循环使用。

目前，国际上的先进研究已发表了一些高度多孔MOFs超出实验室规模的量制备的例子。

ServicesManagementServiceBus25MOFs材料的研究情况及进展MOFs材料的类型及其在储氢领域的应用MOFs材料在气体吸附与分离领域的应用MOFs材料在其他领域的应用[2]MOFs材料的研究情况[2]26

第一代MOFs材料早在20世纪90年代中期就已被合成出来，但其孔隙率和化学稳定性并不高。随着科学家的不断努力，迄今为止已有上百种ZIF系列类分子筛材料被研究出来。在该领域中国际上最具影响力的科学家及其团队以美国、日本和欧洲的科学家为主，最具代表性的是2010年诺贝尔奖的化学奖得主之一——美国UCLA的OmarM.Yaghi、日本京都大学的S.kitagawa以及东京大学的M.Fujita等，他们做出了大量的工作，并取得了较大的贡献。

目前，国际上许多先进研究表明，因大部分MOFs材料具有超低密度孔隙结构、良好的化学稳定性和吸附性能（由表面积大小和功能性基团等因素决定），故其在气体的储存方面有巨大的利用价值，突出表现在存储大量的甲烷和氢等燃料方面，关于“不同金属框架化合物对气体的吸附性质”的研究也受到了国际上极大的关注；由于其比表面积大和兼具“无机材料刚性和有机材料柔性”于一身的性质等特征，尤其是该类材料孔径形状以及大小均能够通过不同的金属中心和有机配体来塑造的特性，其在催化剂、分离及光电磁材料等方面也有着比其它多孔材料更为广泛的前景。第一代MOFs材料早在20世纪90年代中期就已被合成27

据各著名期刊如Science,nature,JACE,wiley,RSC,Elseview,sponger等已发表的关于MOFs文献的数量看，涉及该领域的研究还相对较少。即该领域还较为年轻，具有广阔的发展前景。

尤其在我国，MOFs材料在气体吸附方面的应用起步较晚，还仍然停留在设计和研究阶段。据各著名期刊如Science,nature,JA28MOFs材料近几年在每百万期刊中年度命中数MOFs材料近几年在每百万期刊中年度命中数29

铜MOFs材料锌MOFs材料2013181520122111201194201064200971200843近6年在SCI期刊上发表的关于两种重要金属MOFs的论文篇数统计结果

铜MOFs材料锌MOFs材料20131815201221130研究表明，材料的比表面积、孔容量、金属位点以及修饰基团均可影响其氢储性能，这为设计具有更高氢储性能的MOFs材料指明了方向。1999年，OmarM.Yaghi研究小组发布了具有储氢功能、由有机酸和锌离子合成的MOFs材料。下面分别介绍MOF-5、IRMOFs、MMOMs等三种储氢材料。研究表明，材料的比表面积、孔容量、金属位点以及修饰基团均可影31MOF-5的结构单元及拓扑结构MOF-5的结构单元及拓扑结构32未来发展及有待改进之处[3]未来发展及有待[3]33

金属有机框架物的应用前景十分广阔。从气体吸附与分离方面来看，合成具有更高吸附性能的MOFs材料用于氢气储存、有害气体吸附与分离，可在一定程度