MOFs材料論文綜述類比賽結(jié)題報告

有機金屬框架物的合成、應(yīng)用及發(fā)展前景有機金屬框架物的合成、應(yīng)用1摘要金屬有機框架物是近年來發(fā)展地較快的一類新材料。本篇綜述主要對它的合成方法，在各個學(xué)科領(lǐng)域的應(yīng)用情況，以及發(fā)展現(xiàn)狀進行了概括和論述，并對其在未來的發(fā)展趨勢進行了展望，對研究中遇到的問題進行了總結(jié)。金屬有機框架物仍有很大有待于發(fā)掘的價值，應(yīng)用前景十分廣闊。關(guān)鍵詞：金屬有機框架材料；合成；氣體儲存AbstractMetal-organicframeworksareakindofnewmaterialswhichhavedevelopedfastinrecentyears.0ursummarydiscoursedandsummarizeditssyntheticmethods,applicationindifferentfieldsanditsdevelopingsituation.Wealsolookedforwardtoitsdevelopmenttendency,summarizingtheproblemsencounteredintheprocessofresearch.Metal-organicframeworksstillhavegreatvaluesremainedtobediscovered.Theprospectwillbeveryvast.KeyWords:medical-organicframeworks；synthetic；gasstorage摘要2MOFs材料的合成制備方法合成中的主要影響因素小結(jié)MOFs材料的研究情況及進展MOFs材料的類型及其在儲氫領(lǐng)域的應(yīng)用MOFs材料在氣體吸附與分離領(lǐng)域的應(yīng)用MOFs材料在其他領(lǐng)域的應(yīng)用未來發(fā)展及有待改進之處MOFs材料的合成3MOFs材料的合成制備方法合成中的主要影響因素小結(jié)[1]MOFs材料的合成[1]41.2合成中的

主要影響因素

（1）原料的選擇

（2）模板劑的選擇

與加入方法

（3）反應(yīng)條件

1.1 制備方法（1）溶劑熱法（2）擴散法 （3）接觸法 （4）揮發(fā)法 （5）其他合成方法1.2合成中的

主要影響因素

（1）原料的選擇

（2）模5ServicesManagementServiceBusInformationAccessServicesPresentationServices

合成一種新的MOFs材料時，設(shè)計過程中除了考慮幾何因素外，維持骨架結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性的也顯得極為重要。因此，既需要找到足夠溫和的條件以維持有機配位體的功能和構(gòu)造，又要有足夠的反應(yīng)性來建立金屬與有機分子之間的配位鍵。

目前人們已經(jīng)了解并掌握了多種MOFs材料的合成方法，大部分合成方法都比較簡單、原料成本低、無需使用結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑、對反應(yīng)設(shè)備的要求較低、操作簡單易行，為MOFs材料在今后的社會發(fā)展上將起到的用途奠定了基礎(chǔ)。ServicesManagementServiceBus6ServicesManagementServiceBusInformationAccessServicesPresentationServices

分子間作用力是較難預(yù)測的，金屬離子與配體的濃度比、溶劑的極性、pH值與溫度的微小的變化等等因素都可能致使晶體質(zhì)量和產(chǎn)率發(fā)生變化，以至于產(chǎn)生全新的骨架結(jié)構(gòu)。

所以對于MOFs的合成需要科學(xué)家們不斷努力辨識和修正合成條件，使金屬和配體之間能按意想的方式作用并互相結(jié)合。一旦確定了合適的條件，其合成結(jié)果的產(chǎn)率將大大增加，能耗問題也可得到一定解決，并且合理的時間范圍內(nèi)溶劑也可循環(huán)使用。

目前，國際上的先進研究已發(fā)表了一些高度多孔MOFs超出實驗室規(guī)模的量制備的例子。

ServicesManagementServiceBus7MOFs材料的研究情況及進展MOFs材料的類型及其在儲氫領(lǐng)域的應(yīng)用MOFs材料在氣體吸附與分離領(lǐng)域的應(yīng)用MOFs材料在其他領(lǐng)域的應(yīng)用[2]MOFs材料的研究情況[2]8

第一代MOFs材料早在20世紀90年代中期就已被合成出來，但其孔隙率和化學(xué)穩(wěn)定性并不高。隨著科學(xué)家的不斷努力，迄今為止已有上百種ZIF系列類分子篩材料被研究出來。在該領(lǐng)域中國際上最具影響力的科學(xué)家及其團隊以美國、日本和歐洲的科學(xué)家為主，最具代表性的是2010年諾貝爾獎的化學(xué)獎得主之一——美國UCLA的OmarM.Yaghi、日本京都大學(xué)的S.kitagawa以及東京大學(xué)的M.Fujita等，他們做出了大量的工作，并取得了較大的貢獻。

目前，國際上許多先進研究表明，因大部分MOFs材料具有超低密度孔隙結(jié)構(gòu)、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和吸附性能（由表面積大小和功能性基團等因素決定），故其在氣體的儲存方面有巨大的利用價值，突出表現(xiàn)在存儲大量的甲烷和氫等燃料方面，關(guān)于“不同金屬框架化合物對氣體的吸附性質(zhì)”的研究也受到了國際上極大的關(guān)注；由于其比表面積大和兼具“無機材料剛性和有機材料柔性”于一身的性質(zhì)等特征，尤其是該類材料孔徑形狀以及大小均能夠通過不同的金屬中心和有機配體來塑造的特性，其在催化劑、分離及光電磁材料等方面也有著比其它多孔材料更為廣泛的前景。第一代MOFs材料早在20世紀90年代中期就已被合成9

據(jù)各著名期刊如Science,nature,JACE,wiley,RSC,Elseview,sponger等已發(fā)表的關(guān)于MOFs文獻的數(shù)量看，涉及該領(lǐng)域的研究還相對較少。即該領(lǐng)域還較為年輕，具有廣闊的發(fā)展前景。

尤其在我國，MOFs材料在氣體吸附方面的應(yīng)用起步較晚，還仍然停留在設(shè)計和研究階段。據(jù)各著名期刊如Science,nature,JA10MOFs材料近幾年在每百萬期刊中年度命中數(shù)MOFs材料近幾年在每百萬期刊中年度命中數(shù)11

銅MOFs材料鋅MOFs材料2013181520122111201194201064200971200843近6年在SCI期刊上發(fā)表的關(guān)于兩種重要金屬MOFs的論文篇數(shù)統(tǒng)計結(jié)果

銅MOFs材料鋅MOFs材料20131815201221112研究表明，材料的比表面積、孔容量、金屬位點以及修飾基團均可影響其氫儲性能，這為設(shè)計具有更高氫儲性能的MOFs材料指明了方向。1999年，OmarM.Yaghi研究小組發(fā)布了具有儲氫功能、由有機酸和鋅離子合成的MOFs材料。下面分別介紹MOF-5、IRMOFs、MMOMs等三種儲氫材料。研究表明，材料的比表面積、孔容量、金屬位點以及修飾基團均可影13MOF-5的結(jié)構(gòu)單元及拓撲結(jié)構(gòu)MOF-5的結(jié)構(gòu)單元及拓撲結(jié)構(gòu)14未來發(fā)展及有待改進之處[3]未來發(fā)展及有待[3]15

金屬有機框架物的應(yīng)用前景十分廣闊。從氣體吸附與分離方面來看，合成具有更高吸附性能的MOFs材料用于氫氣儲存、有害氣體吸附與分離，可在一定程度上解決環(huán)境問題。

例如，MOFs作為吸附材料，在脫硫領(lǐng)域具有巨大應(yīng)用潛力；從催化應(yīng)用方面來看，利用不同金屬混合構(gòu)建具有高效催化功能的復(fù)合MOFs材料將進一步提高催化效率；在分離領(lǐng)域，制備具有磁性的復(fù)合MOFs材料可用于有毒有害物質(zhì)、重金屬的吸附與分離以及復(fù)雜體系中目標(biāo)蛋白質(zhì)的提取與分離；在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，由于其可控的孔徑大小、功能基團以及良好的生物兼容性，制備納米級的MOFs材料并將其用于活細胞中藥物緩釋與代謝、生命體活動的實時監(jiān)測，對人們了解生物體內(nèi)重要的生命活動、調(diào)控蛋白質(zhì)的激活機制以及重大疾病相關(guān)的蛋白質(zhì)調(diào)控通路等具有重大的生物學(xué)意義。

最重要的是，MOFs材料能在解決能源危機的問題上會發(fā)揮出較大的力量。由此來看，對于金屬有機框架物的進一步研究和發(fā)展對于各個學(xué)科領(lǐng)域都具有非常重要的意義。金屬有機框架物的應(yīng)用前景十分廣闊。從氣體吸附與分離方16

關(guān)于金屬有機框架物的各方面研究和發(fā)展正在不斷進行，而這其間也遇到過各種瓶頸和亟待解決的問題，例如：合成MOFs材料的方法大多是通過溶劑熱反應(yīng)，而較為缺少其他方法；并且實驗中的一些因素，例如反應(yīng)條件、溫度、pH值等對其組成和結(jié)構(gòu)有著重要的影響，這讓合成與獲得精確的MOFs材料變得困難。MOFs材料的儲氫機理、材料的結(jié)構(gòu)與其儲氫性能之間的關(guān)系、在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)或常溫常壓下的儲氫性能等等問題依然有待人們探索和解決。它的貯氫能力對制備條件比較敏感，其微孔結(jié)構(gòu)受制備條件的影響很大、大多數(shù)金屬有機框架物除掉客體分子后其骨架結(jié)構(gòu)會發(fā)生改變甚至坍塌。怎樣研制和利用好這一材料，是急需解決的一大問題，科學(xué)家們也因此面臨著更多的挑戰(zhàn)。

關(guān)于金屬有機框架物的各方面研究和發(fā)展正在不斷進行，而17謝謝觀賞請各位老師評委指導(dǎo)點評!謝謝觀賞請各位老師評委指導(dǎo)點評!有機金屬框架物的合成、應(yīng)用及發(fā)展前景有機金屬框架物的合成、應(yīng)用19摘要金屬有機框架物是近年來發(fā)展地較快的一類新材料。本篇綜述主要對它的合成方法，在各個學(xué)科領(lǐng)域的應(yīng)用情況，以及發(fā)展現(xiàn)狀進行了概括和論述，并對其在未來的發(fā)展趨勢進行了展望，對研究中遇到的問題進行了總結(jié)。金屬有機框架物仍有很大有待于發(fā)掘的價值，應(yīng)用前景十分廣闊。關(guān)鍵詞：金屬有機框架材料；合成；氣體儲存AbstractMetal-organicframeworksareakindofnewmaterialswhichhavedevelopedfastinrecentyears.0ursummarydiscoursedandsummarizeditssyntheticmethods,applicationindifferentfieldsanditsdevelopingsituation.Wealsolookedforwardtoitsdevelopmenttendency,summarizingtheproblemsencounteredintheprocessofresearch.Metal-organicframeworksstillhavegreatvaluesremainedtobediscovered.Theprospectwillbeveryvast.KeyWords:medical-organicframeworks；synthetic；gasstorage摘要20MOFs材料的合成制備方法合成中的主要影響因素小結(jié)MOFs材料的研究情況及進展MOFs材料的類型及其在儲氫領(lǐng)域的應(yīng)用MOFs材料在氣體吸附與分離領(lǐng)域的應(yīng)用MOFs材料在其他領(lǐng)域的應(yīng)用未來發(fā)展及有待改進之處MOFs材料的合成21MOFs材料的合成制備方法合成中的主要影響因素小結(jié)[1]MOFs材料的合成[1]221.2合成中的

主要影響因素

（1）原料的選擇

（2）模板劑的選擇

與加入方法

（3）反應(yīng)條件

1.1 制備方法（1）溶劑熱法（2）擴散法 （3）接觸法 （4）揮發(fā)法 （5）其他合成方法1.2合成中的

主要影響因素

（1）原料的選擇

（2）模23ServicesManagementServiceBusInformationAccessServicesPresentationServices

合成一種新的MOFs材料時，設(shè)計過程中除了考慮幾何因素外，維持骨架結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性的也顯得極為重要。因此，既需要找到足夠溫和的條件以維持有機配位體的功能和構(gòu)造，又要有足夠的反應(yīng)性來建立金屬與有機分子之間的配位鍵。

目前人們已經(jīng)了解并掌握了多種MOFs材料的合成方法，大部分合成方法都比較簡單、原料成本低、無需使用結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑、對反應(yīng)設(shè)備的要求較低、操作簡單易行，為MOFs材料在今后的社會發(fā)展上將起到的用途奠定了基礎(chǔ)。ServicesManagementServiceBus24ServicesManagementServiceBusInformationAccessServicesPresentationServices

分子間作用力是較難預(yù)測的，金屬離子與配體的濃度比、溶劑的極性、pH值與溫度的微小的變化等等因素都可能致使晶體質(zhì)量和產(chǎn)率發(fā)生變化，以至于產(chǎn)生全新的骨架結(jié)構(gòu)。

所以對于MOFs的合成需要科學(xué)家們不斷努力辨識和修正合成條件，使金屬和配體之間能按意想的方式作用并互相結(jié)合。一旦確定了合適的條件，其合成結(jié)果的產(chǎn)率將大大增加，能耗問題也可得到一定解決，并且合理的時間范圍內(nèi)溶劑也可循環(huán)使用。

目前，國際上的先進研究已發(fā)表了一些高度多孔MOFs超出實驗室規(guī)模的量制備的例子。

ServicesManagementServiceBus25MOFs材料的研究情況及進展MOFs材料的類型及其在儲氫領(lǐng)域的應(yīng)用MOFs材料在氣體吸附與分離領(lǐng)域的應(yīng)用MOFs材料在其他領(lǐng)域的應(yīng)用[2]MOFs材料的研究情況[2]26

第一代MOFs材料早在20世紀90年代中期就已被合成出來，但其孔隙率和化學(xué)穩(wěn)定性并不高。隨著科學(xué)家的不斷努力，迄今為止已有上百種ZIF系列類分子篩材料被研究出來。在該領(lǐng)域中國際上最具影響力的科學(xué)家及其團隊以美國、日本和歐洲的科學(xué)家為主，最具代表性的是2010年諾貝爾獎的化學(xué)獎得主之一——美國UCLA的OmarM.Yaghi、日本京都大學(xué)的S.kitagawa以及東京大學(xué)的M.Fujita等，他們做出了大量的工作，并取得了較大的貢獻。

目前，國際上許多先進研究表明，因大部分MOFs材料具有超低密度孔隙結(jié)構(gòu)、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和吸附性能（由表面積大小和功能性基團等因素決定），故其在氣體的儲存方面有巨大的利用價值，突出表現(xiàn)在存儲大量的甲烷和氫等燃料方面，關(guān)于“不同金屬框架化合物對氣體的吸附性質(zhì)”的研究也受到了國際上極大的關(guān)注；由于其比表面積大和兼具“無機材料剛性和有機材料柔性”于一身的性質(zhì)等特征，尤其是該類材料孔徑形狀以及大小均能夠通過不同的金屬中心和有機配體來塑造的特性，其在催化劑、分離及光電磁材料等方面也有著比其它多孔材料更為廣泛的前景。第一代MOFs材料早在20世紀90年代中期就已被合成27

據(jù)各著名期刊如Science,nature,JACE,wiley,RSC,Elseview,sponger等已發(fā)表的關(guān)于MOFs文獻的數(shù)量看，涉及該領(lǐng)域的研究還相對較少。即該領(lǐng)域還較為年輕，具有廣闊的發(fā)展前景。

尤其在我國，MOFs材料在氣體吸附方面的應(yīng)用起步較晚，還仍然停留在設(shè)計和研究階段。據(jù)各著名期刊如Science,nature,JA28MOFs材料近幾年在每百萬期刊中年度命中數(shù)MOFs材料近幾年在每百萬期刊中年度命中數(shù)29

銅MOFs材料鋅MOFs材料2013181520122111201194201064200971200843近6年在SCI期刊上發(fā)表的關(guān)于兩種重要金屬MOFs的論文篇數(shù)統(tǒng)計結(jié)果

銅MOFs材料鋅MOFs材料20131815201221130研究表明，材料的比表面積、孔容量、金屬位點以及修飾基團均可影響其氫儲性能，這為設(shè)計具有更高氫儲性能的MOFs材料指明了方向。1999年，OmarM.Yaghi研究小組發(fā)布了具有儲氫功能、由有機酸和鋅離子合成的MOFs材料。下面分別介紹MOF-5、IRMOFs、MMOMs等三種儲氫材料。研究表明，材料的比表面積、孔容量、金屬位點以及修飾基團均可影31MOF-5的結(jié)構(gòu)單元及拓撲結(jié)構(gòu)MOF-5的結(jié)構(gòu)單元及拓撲結(jié)構(gòu)32未來發(fā)展及有待改進之處[3]未來發(fā)展及有待[3]33

金屬有機框架物的應(yīng)用前景十分廣闊。從氣體吸附與分離方面來看，合成具有更高吸附性能的MOFs材料用于氫氣儲存、有害氣體吸附與分離，可在一定程度