功能金属有机骨架材料

功能金属有机骨架材料2023/2/232/15概述改性研究目录展望3/15无机孔材料MFI、FAU、LTA、AFI全硅、硅铝、类分子筛无机有机杂化材料金属有机骨架化合物（MOFs）ZIFs，

MILs，

JUCs…有机孔材料COFs,PIPs,PAFs…

规则孔材料概述

在20世纪末之前，多孔材料一般分为两种类型：无机材料和碳质材料，无机材料中以沸石分子筛为代表，全球经济很大程度上依赖于该材料在诸多工业生产过程中的应用，而活性炭作为碳质人造材料，是在1900年和1901年后才发现的，因其优良的吸附除臭功能使得在20世纪的后半叶，环保产业成为活性炭应用的大户。4/155/15现代工业中常见的无机多空材料：多空泡沫（泡沫镍，泡沫铝等）、多空玻璃、泡沫陶瓷等。6/15无机孔材料MFI、FAU、LTA、AFI全硅、硅铝、类分子筛无机有机杂化材料金属有机骨架化合物（MOFs）ZIFs，

MILs，

JUCs…有机孔材料COFs,PIPs,PAFs…

规则孔材料7/15

1995年，第一个被命名为金属有机骨架(Metal–OrganicFrameworks，MOFs)的材料由YaghiOM研发出来的，具有二维结构的配位化合物，由刚性的有机配体均苯三甲酸与过渡金属Co合成。1999年，YaghiOM在原有的基础上进行改进，以刚性有机配体对苯二甲酸和过渡金属Zn合成的具有简单立方结构的三维MOF材料——MOF-5。2002年，Yaghi又以MOF-5为原型，改变MOF-5的有机联结体得到一系列具有与MOF-5类似结构的微孔金属有机配合物IRMOF材料，如：IRMOF-8、IRMOF-11和IRMOF-18，实现了从晶态微孔材料到晶体介孔材料的跨越。

2004年，Yaghi研究小组又选择了均苯三甲酸进行拓展，以4,4',4'-均苯三苯甲酸和过渡金属Zn成功地构筑了具有三维网络结构的MOF材料——MOF-117。2004年和2005年，法国Férey研究小组在《德国应用化学》和Science杂志上相继报道了两个具有超大孔特征的类分子筛型MOFs材料——MIL-100和MIL-101。

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2006年，Yaghi研究小组利用咪唑类配位聚合物的M–IM–M角度与分子筛材料中Si–O–Si键角相似(145度左右)，并以过渡金属Zn或Co取代硅铝分子筛中四面体的Si或Al，合成出了十二种类分子筛咪唑骨架(ZeoliticImidazolateFrameworks，ZIFs)材料。2010年，又在Science杂志上提出了一个新的概念——多变功能化金属有机骨架(MVT-MOFs)材料，即在同一个晶体结构的孔道表面同时修饰上不同种类功能团的MOFs材料，并报道了十八种MVT-MOF-5材料。9/15应用10/15在石油化工、精细化工、日用化工等领域发挥着极其重要的作用多孔材料的传统应用领域分子分离催化气体吸附能源领域面临的问题石油价格的上升以及化石能源的几近枯竭；CO2排放的增加导致全球气候剧烈变化。USPrimaryEnergyConsumptionbySource,2008EnergyInformationAdministration,AnnualEnergyReview,200811/15低能耗分离：

气体，

有机小分子等储能：

氢气，天然气，

二氧化碳等12/15气体分离现实：大型设备：耗能空分，

氢气提纯分离13/1514/15

MOFs材料发展了20余年，从无到有，已经在能源气体的分离、纯化、捕集、贮存，选择性催化，药物输送，光电磁材料以及主–客体化学等领域上崭露头角，但是毕竟发展的时间过短，相对于传统的多孔材料的工业应用还差得远，许多问题亟需解决，如：如何根据需要定向设计合成功能性MOFs材料，如何合成稳定的金属有机骨架材料，如何产生更多具有实际应用价值的功能材料，且至今仍没有一种MOF材料能完全满足工业生产应用的要求，不是因为缺乏水热稳定性、化学稳定性，就是因为在实际应用环境中的性能不够完美。因此在工业应用中的性能及其发展的工业合成方法的研究，将为科学家的另一个挑战。任何一个新兴的材料在发展过程中都会遇到阻力，而突破一个又一个的难