金属有机框架材料在催化领域的研究现状与展望（英文）

金属有机骨架材料(MOF)又称多孔配位聚合物(PCP),是一类由金属团簇和有机配体通过配位作用形成的新型晶态多孔材料.近30年, MOF材料在催化领域受到了广泛的关注和研究.MOF的多孔结构和高比表面积可以实现催化位点的空间分离并促进物质传输,从而提高催化活性.MOF可以像均相催化剂一样在原子精度进行灵活剪裁和调控,同时具有非均相催化剂易分离回收的优势.通过结合均相和非均相催化剂的优点, MOF表现出了诸多优于传统催化材料的独特性质.本文首先简要介绍了MOF基催化材料设计的基本原理和MOF应用于催化的独特性,其次对MOF在催化中面临的瓶颈和局限进行了论述,最后指出了MOF在未来催化领域中潜在的独特应用前景.MOF材料中金属节点、有机配体和孔空间都可以进行灵活功能化,从而赋予催化活性.金属节点上的不饱和配位点可作为路易斯酸催化中心.配体可以通过修饰不同功能基团从而赋予催化活性.此外,金属节点和有机配体还可以通过接枝外来催化位点进行功能化.更重要的是, MOF孔空间可以限域客体活性单元,极大扩展了活性位的来源.MOF还可以作为前驱体通过化学转化获得多孔碳、金属化合物及其复合材料.MOF的高...     

5-[4-（4-吡啶基）苯乙烯基]-1，3-苯二甲酸铜配合物的结构及性质研究

设计合成了一种新型有机配体5-[4-（4-吡啶基）苯乙烯基]-1,3-苯二甲酸（H2L）,并将其与Cu（NO3）2·3H20在不同条件下反应合成了两种不同结构的配位聚合物{[CuL]·H2O}n（1）和{[Cu2L2]·H2O}n（2）．配合物1为utp型有孔道的金属有机框架化合物（MOF）结构,配合物2为含双核铜单元的rtl型拓扑结构．研究发现,1对N2和CO2均未表现出吸附性质,而与其拓扑结构相同的配合物（[Cu（INAIP）]·2H2O}n（H2INAIP=5．异烟酰胺基异酞酸）却有很好的CO2吸附性能．为理解它们的构效关系,从实验和理论计算两方面对这两种化合物进行了比较研究,证实此差异源于配体中连接羧酸和吡啶基的共轭官能团,其中1的共轭官能团为苯乙烯基,而{[Cu（INAIP）]-2H2O}n中的官能团为酰胺基．实验和理论计算的结果表明,酰胺基对CO2吸附起了重要作用．另外,对配合物2的磁性质进行了研究,结果表明,该化合物具有反铁磁性相互作用．     

基于V-型配体的互穿的铜（Ⅱ）配位聚合物的合成、结构、吸附与磁性研究（摘要）

用溶剂热法合成了三个新的CuⅡ配位聚合物[Cu2（oba）2（H2O）（DMF）].3H2O（1）,[Cu4（oba）4（DMF）4].4H2O.DMF（2）和[Cu2（oba）（hmp）2]（3）（其中H2oba=4,4＇-二苯醚二甲酸,Hhmp=2-吡啶甲醇,DMF=N,N′-二甲基甲酰胺）,并通过单晶衍射法等表征它们的结构.化合物1和2均为三重互穿的三维PtS拓扑网络结构,具有一维孔道.化合物3中,2-吡啶甲醇与CuⅡ离子螯合形成Cu4簇单元,Cu4簇单元进一步通过4,4＇-二苯醚二甲酸配体相连形成了具有三维dia拓扑网络的三重互穿结构.化合物2的氮气吸附结果为I型吸附曲线,BET比表面积为562m^2g^-1,Langmuir比表面积为747m^2g^-1.77K和87K时,化合物2的氢气吸附量分别为0.89wt%和0.57wt%.磁性研究表明,化合物3中CuⅡ离子间为铁磁耦合而Cu4簇单元间为弱的反铁磁相互作用.     

基于三个平面刚性配体的多孔配位聚合物研究进展（摘要）

在过去的二十多年里,多孔配位聚合物（PCPs,又称金属-有机框架化合物,MOFs）由于具有丰富的结构特点和潜在的应用功能而受到人们的广泛关注.本文主要综述了基于三个平面刚性配体咪唑-4,5-二甲酸（H3IDC）、1H-四氮唑（HTz）和1H-四氮唑-5-甲酸（H2Tzc）的多孔配位聚合物的研究进展,包括配位聚合物的合成、晶体结构和性能研究.     

溶剂对镍（域）金属有机骨架结构的影响

通过乙酸镍和4-咪唑-1-基-苯甲酸( HL)在不同溶剂热条件下合成了3个新型金属有机骨架化合物[Ni(L)2]n·DMF(1), Ni(H2 O)2(L)2(2)和 Ni(L)2(CH3 OH)2(3)。化合物1是用 N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作为溶剂合成的具有菱形孔道的三维骨架化合物;化合物2是在DMF/H2O(体积比4︰1)中合成的水作为终端配体参与配位的二维层状化合物,并通过层与层之间的氢键作用构筑形成了三维超分子结构;当溶剂为甲醇时,得到了二维层状化合物3,且甲醇作为终端配体参与配位。磁学和电化学性质研究结果表明,化合物1~3中相邻镍离子之间存在反铁磁相互作用;在一定的电势范围内出现一对明显的Ni (Ⅱ)/Ni(Ⅲ)氧化还原峰,表明化合物1~3是潜在的磁性材料或电催化剂材料。     

基于联苯四羧酸的Zn(Ⅱ)配合物的合成、结构和性质（英文）

利用联苯四羧酸(H4bptc)和双三唑乙烷(bte)合成了2个配位聚合物{[Zn2(bptc)(DMF)2(H2O)]·DMF·H2O}n(1)和{[Zn(bte)(bptc)0.5]·DMF·0.5H2O}n(2)。化合物1为三维Pt S-拓扑结构,在该配合物中每个双核次级构筑单元(SBU){Zn2(O2CR)4}与4个联苯四酸配体相连,从而将配合物构筑成了三维MOF结构。化合物2为二维梯形结构,并通过弱氢键O…H-C将二维层连接为三维结构。同时对配合物的热稳定性和荧光特征进行了讨论。     

两个由4,4’-联吡啶双氧化物桥连的基于八氰钨（Ⅳ）酸盐的三维异金属化合物的合成、晶体结构及磁学性质

通过[HN（n-C4H9）3]3[W^V（CN）8]·4H2O,4,4＇-bipyridinedioxide（4,4＇-dpdo）和MnCl2·4H2O或CuCl2·2H2O的反应得到两个新的基于八氰金属酸盐的三维异金属化合物,{[Mn2（4,4＇-dpdo）（H2O）4][W^IV（CN）8]}·6H2O（1）和{[Cu2（4,4＇-dpdo）（H2O）][W（CN）8]}·CH3OH·H2O（2）.其中,化合物1属正交晶系,空间群为P21212,晶胞参数为：a=10.397（2）A,b=11.321（2）A,c=12.295（3）A,Z=2;化合物2则属于单斜晶系,空间群为P21/c,晶胞参数为：a=13.038（3）A,b=13.784（3）A,c=13.225（3）A,β=93.44（3）°,Z=4.在化合物1中,每个[W^Ⅳ（CN）8]^4-单元呈反四棱柱几何构型,并通过桥连CN^-离子与四个Mn2双核单元相连而形成波浪状的-W-Mn2-W-Mn2-交替层;层层之间又进一步通过与Mn离子配位的4,4′-dpdo配体桥连形成一个三维开放骨架结构.在化合物2中,每个[W^Ⅳ（CN）8]^4-离子依旧采取反四棱柱几何构型,它通过七个CN^-离子分别与七个铜离子键连形成笼状波浪形的层;层层再进一步通过4,4′-dpdo配体桥连形成一个三维网络结构.由于4,4′-dpdo配体的较长刚性桥连作用,使得化合物1-2的开放骨架结构中形成许多被H2O或甲醇溶剂分子占据的空穴.值得一提的是,化合物1中,4,4′-dpdo配体表现出一种μ-4,4,4′,4′配位模式;据我们所知,这种配位模式虽然以前曾被理论预测过,但却是第一次被实验证实.磁性研究表明：化合物1表现出Mn^Ⅱ离子之间的反铁磁耦合作用,而化合物2则体现了Cu^Ⅱ离子之间的弱铁磁耦合相互作用.     

MOFs在催化有机分子转化中的应用

金属有机框架化合物（MOF）,又称多孔性配位聚合物,是有机配体与金属离子自组装而成的一类新型有机-无机杂化多孔材料,是纳米材料的重要组成部分。与其他多孔材料相比,MOFs具有较大的比表面积、高的孔隙率以及结构和性质可调等特性,使其在非均相催化领域具有良好的应用前景。本文首先对MOFs催化的背景进行简述,然后对近年来报道的MOFs用于有机分子催化转化反应的进展进行了综述及展望,以期为MOFs催化有机反应的设计和开发提供参考。     

金属有机框架材料对Cr(Ⅵ)离子的吸附去除研究进展

重金属离子污染问题一直备受关注。开发利用多孔材料吸附去除水中重金属离子一直是材料、环境等相关学科领域的研究热点之一。金属有机框架材料（metal-organic frameworks,MOFs）是一类新型的多孔材料,具有结构多样、比表面积大、孔径可调、孔表面特征易设计调控等特点,在气体分离、催化、传感等领域表现出极大的应用潜力。近年来,高稳定MOF材料的构筑取得了许多重大突破,大量研究工作探索了这类材料在水中的应用,包括水中重金属离子的吸附去除。Cr （Ⅵ）离子是一类毒性大、分布广的重金属离子,不同条件下存在形态多样,其吸附去除研究具有理论和实际意义。本文主要综述了近年来利用MOF材料吸附去除水中Cr （Ⅵ）离子的研究工作,并将这些材料归属为：（1）高稳定的锆基MOF、（2）阳离子框架型MOF、（3）后修饰的MOF及（4） MOF基复合材料4类;也对这些材料的Cr （Ⅵ）离子吸附机理、吸附量、材料再生性等进行了概括;最后分析了MOF材料在重金属离子吸附去除实际应用上存在的问题并展望了今后的重点研究方向。     

一个具有3D孔道结构的微孔镧系金属-有机框架的合成、结构以及气体吸附和磁性研究（摘要）

通过溶剂热方法合成了一个具有3D孔道结构的微孔镧系金属-有机框架{[Gd（FDA）1.5（glycol）]·1.5H2O]}n（1）（H2FDA=2,5-呋喃二酸,glycol=乙二醇）.对该化合物进行了单晶衍射、红外光谱、元素分析、热重及粉末X射线衍射等表征.化合物1中Gd（III）离子通过羧酸连成1D链,然后再由FDA2-连成具有3D孔道的微孔结构.吸附测试表明该化合物对N2,H2及CO2具有较好的吸附性能,磁性研究表明Gd（III）之间存在着由μ1,3羧基传递弱的铁磁相互作用.     

综合化学实验:方钠石型2-甲基咪唑锌的合成、表征与气体吸附*

以Zn(NO3)2·6H2O与2-甲基咪唑(2-Hmim)为起始原料,在室温下甲醇溶剂中,通过快速搅拌法方便地合成了著名的方钠石型2-甲基咪唑锌(MAF-4)MOF化合物。通过粉末X射线衍射确认了该化合物的结构,并进行了热重、红外以及系列气体吸附等温线的测试实验。该实验涵盖了合成、单晶结构和拓扑分析、稳定性和官能团分析、多孔材料吸附和分离性能分析等多种技能,总时长2 d,值得纳入综合性化学实验教学课堂。     

Zn(Ⅱ),Cd(Ⅱ)与混合配体构筑三维贯穿金属有机配位聚合物的合成、结构与荧光性能

在中温混合溶剂热条件下, 分别用锌离子和镉离子与二羧酸和二吡啶基配体反应合成出2个新颖的金属有机配位聚合物[Zn(BPDC)(BPE)·(DMF)₂](JUC-91)和[Cd(BPDC)(BPE)·(DMF)₂](JUC-92)[BP-DC:4,4'-联苯二羧酸,BPE:反式1,2-二(4-吡啶基)乙烯,DMF:N,N'-二甲基甲酰胺], 并通过X射线单晶衍射、 元素分析、 热重分析、 粉末X射线衍射、 拓扑结构分析和荧光光谱对化合物的结构、 组成和性质进行了表征. X射线单晶衍射结果表明, 化合物JUC-91和JUC-92均具有三维开放骨架结构, 其中, JUC-91具有五重贯穿的金刚石拓扑结构, JUC-92具有双重贯穿的简单立方格子结构.     

超薄二维MOF纳米材料的制备和应用

超薄二维金属有机框架材料(MOF)纳米材料是MOF材料中的一类,不同于传统体相MOF材料,超薄片状结构赋予了它高比表面积、丰富的配位不饱和的金属位点等独特性质,能够有效改善MOF在催化、分离和传感等领域中的性能。本文综述了近年来国内外在超薄二维MOF纳米材料的构建及制备方法的研究进展,其中包括自上而下法、自下而上法以及独立于二者的二维氧化物模板牺牲法等。同时,本文详细讨论了超薄二维MOF纳米材料在气体吸附与气体分离、催化、能量储存和传感平台等领域的应用前景,并对未来超薄二维MOF纳米材料的研究面临的挑战和机遇做了进一步的分析。     

金属有机骨架基催化剂在加氢反应中的应用（英文）

加氢是现代化工产业中的一类主干反应,广泛应用于精细化学品、药物、食品、染料、功能聚合物及香料等制造产业中.高效催化剂的引入使得加氢反应能够在相对温和的条件下还原各类不饱和化合物.金属催化剂在加氢反应中活性高,所需的反应温度较低,适用性广,但是容易和S,N,As和P等元素结合而"中毒"失去反应活性.金属氧化物催化剂和金属硫化物催化剂具有一定的抗毒性,但活性相对较差,通常需要采用高温高压的反应条件,对催化剂本身和反应器的要求较为苛刻.传统催化剂在反应中具有一定的局限性,所以亟需开发新一代高效的加氢催化剂,在保证高活性和高选择性催化效果的同时,降低对能源的消耗和对环境的负面影响.金属有机骨架(MOFs)作为一种新型的多孔材料在过去二十年中受到相当大的关注,并在催化、气体存储和分离、传感器、发光材料和药物输送等众多领域的应用中表现出卓越的性能.利用MOF材料良好的相容性,将MOF和其它功能材料结合形成新的复合材料可以在更大程度上扩大MOF材料的应用领域.与传统的催化剂相比,MOF基材料具有优异的物理化学特性和结构可调性,通过合理的设计能够满足不同的催化加氢过程:(1)MOF基催化剂具有多样且特异性的活性位点.除了组成MOF材料的金属离子/簇和功能有机配体之外,MOF材料可通过封装其他活性物质或者被活性物质包裹等方式引入其他类型的催化位点,进一步扩大MOF基催化剂在不同催化加氢中的适应性.此外,不同的活性位点之间的协同作用又能特异性地促进反应的进行,对提高反应的选择性起到重要的作用.(2)活性位点的尺寸大小和空间分布可以被有效控制.这能影响到催化剂在催化反应过程中的活性和选择性,并且通过MOF材料的限域效应,同时能增强活性位点的稳定性和耐久性.(3)高比表面积能提高MOF基催化剂的催化活性.这种结构特性不仅可以增加MOF基催化剂的活性位点,而且能够吸附反应物和还原剂达到扩大其局部浓度的效果.(4)反应分子的扩散可通过调节MOF基催化剂的结构实现控制.通过调整MOF材料的孔窗口和通道的尺寸,能够改变反应物在催化剂内部的扩散途径,影响底物和活性位点的接触,能进一步影响反应的活性和选择性.本文总结了近几年来MOF基材料在不同的催化加氢反应中的应用,其中包括烯烃、炔烃、芳硝基化合物、肉桂醛、糠醛和苯等化合物的加氢反应.首先介绍了MOF基材料中不同类型的活性位点,除了MOF材料自身的金属离子/簇和功能有机配体外,MOF基复合材料中的金属纳米颗粒?金属硫化物?金属氧化物?均相催化剂等活性位点可以通过封装或包裹的方式引入.在不同加氢反应中,着重介绍了MOF基催化剂中不同类型活性位点的加氢过程中的催化方式、催化剂本身的结构优化及催化剂与反应底物之间的相互作用,以及这些因素之间的协同作用对反应活性和选择性的影响.最后,讨论了MOF基材料在加氢反应中应用存在的问题以及未来发展展望.     

一种多孔配位聚合物的氢键协同客体响应

由硝酸锌、 吡唑-3,5-二羧酸（H₃pzdc）和2-氨基对苯二甲酸（H₂abdc）在溶剂热条件下反应得到一种多孔配位聚合物(Me₂NH₂)[Zn₂(pzdc)(abdc)]·H₂O·DMF(1·g), 其中Me₂NH₂⁺由溶剂N,N-二甲基甲酰胺（DMF）水解得到, 1可视为平行排列的平整带状{Zn₂(pzdc)}⁺链被abdc^2-柱子交错支撑而成的三维多孔框架. 通过脱附/吸附溶剂分子, 中心对称的配位聚合物1·g可以可逆转变成手性的(Me₂NH₂)[Zn₂(pzdc)(abdc)](1′). 单晶结构分析表明, 在客体响应过程中, 基于框架、 抗衡离子和客体分子之间的氢键协作与竞争, 抗衡离子发生了显著的移动 和转动, 导致{Zn₂(pzdc)}⁺链扭曲和转动, 伴随着超过10%的晶胞体积和孔洞率变化. 气体吸附测试表明, 化合物1'对N₂和CO₂存在不同的结构响应行为.     

两个三维柱层式Ce混合羧酸多孔金属-有机骨架配合物的合成、结构与磁性

采用水热法合成了两个新的混合羧酸铈多孔金属-有机骨架配合物[Ce2(fum)3 (H2O)4?(bdc)?(H2O)2]n（1）和[Ce2(suc)2(ox)(H2O)4?(H2O)4]n（2）,利用元素分析、红外光谱、热重分析和单晶X射线衍射对其组成和结构进行了表征,并通过磁性测量研究了其磁学性能. 单晶X射线衍射结果表明,配合物1和2均为三维柱层式多孔金属-有机骨架结构. 配合物1由Ce离子和富马酸（fumarate, fum）形成层,层与层之间再通过富马酸作为柱状配体支撑形成三维结构,并在层间的两个方向上形成相互交错的通道,未配位的中性对苯二甲酸分子（p-benzenedicarboxylate, bdc）和晶格水分子填充于孔道中. 与配合物1类似,配合物2由Ce离子和丁二酸（succinate, suc）形成层,层间通过草酸（oxalate, ox）作为柱状配体支撑形成三维结构,在层间的三个方向上具有相互交错的通道,晶格水分子填充于孔道中.     

金属离子导向合成两个金属配位聚合物:晶体结构和荧光性质（英文）

以2,5-呋喃二羧酸和六水硝酸锌/四水硝酸镉为原料,在溶剂热条件下,合成出2个金属有机配位聚合物,[Zn(FDC)(DMF)2]n(1)和{(Me2NH2)2[Cd2(FDC)3(H_2O)2]·4H_2O}n(2)(H2FDC=2,5-呋喃二甲酸,DMF=N,N-二甲基甲酰胺)。通过元素分析、红外光谱、差热分析、X射线粉末衍射和X射线单晶衍射等手段对配合物进行了结构表征。结果显示,化合物1为一维链结构,通过分子间氢键作用构筑成二维结构;而2为二维(4,4)网络结构。热稳定性表明化合物1脱去DMF配体后稳定到300℃;而2脱去配体水、阴离子和溶剂分子后结构立即发生坍塌。常温固态下,激发波长分别为303和350 nm时考察了配合物1和2的荧光性质,结果显示2个化合物均发射蓝色荧光(λmax=406,470 nm),荧光寿命分别为76.2和138.1 ns。     

两个具有金红石的多孔金属有机硼框架材料的合成、结构及其荧光性质（摘要）

以1,2,4,5-四甲基苯为起始原料,通过四步反应合成了刚性的三角形配体三（3-吡啶-2,3,5,6-四甲基苯）硼烷（L）,并以该配体在温和的条件下构建了两个多孔的镉配合物Cd（L）X2.G（X=Cl,Br;G=客体分子）,1（Cd（L）Cl2.EtOH.iPrOH.3H2O）和2（Cd（L）Br2.MeOH.C7H8.3H2O）.1和2是同构的,其特点是具有金红石拓扑（rtl）的三维有机硼的框架材料,其中配体L和双核镉单元分别作为三连接的节点和六连接的节点.化合物1和2在可见光区有很强的荧光,且1在273K和20bar条件下能够吸附一定量CO2气体.     

采用金属有机骨架材料M(HBTC)(4,4'-bipy)·3DMF(M=Ni,Co,Zn)催化CO_2与环氧丙烷的环加成反应（英文）

采用溶剂热法合成了三种M(HBTC)(4,4’-bipy)·3DMF(M=Ni,Co,Zn,HBTC=1,3,5-均苯三甲酸,4,4’-bipy=4,4′-联吡啶)结构的支柱层金属有机骨架材料(MOFs).首次采用溶剂热和微波法合成了Zn(HBTC)(4,4’-bipy)·3DMF,并采用多种物理化学方法对其进行了表征.M(HBTC)(4,4’-bipy)·3DMF中包含有M2+离子的蜂窝网格层和BTC单元,BTC单元与4,4’-联吡啶柱进一步交联形成三维多孔骨架材料.在采用烷基铵卤化物作为助催化剂和无溶剂的条件下,所有MOFs材料均对催化固定CO_2与环氧化合物环加成制备环状碳酸酯反应表现出非常好的协同催化性能,其催化活性高低顺序为:ZnCoNi,这可通过酸-碱双功能特性进行解释.采用微波法合成的Zn(HBTC)(4,4’-bipy)·3DMF材料表现出与常规催化剂相似的物理化学性质和催化性能.考察了不同制备参数的影响和材料的重复使用性能,并提出了该反应的可能机理     

柔性羧酸配体一维铜（Ⅱ）配位聚合物的合成与晶体结构

以柔性羧酸配体4-氨基-1,2,4-三氮唑-3,5-二硫代乙酸（H2L）和氯化铜为原料,用常规溶液反应法,制备了配位聚合物[Cu（L）（DMF）（H2O）]n（DMF=N,N-二甲基甲酰胺）,并用X射线衍射分析确定了其晶体结构．结构分析表明：该配合物中每个铜（Ⅱ）为五配位,呈畸变的四方锥构型．与来自两个配体的一个N原子、两个羧基O原子和一个DMF的O原子、一个水分子的O原子配位．配体将Cu（Ⅱ）桥联起来形成沿a轴方向的一维链,链间通过氢键相互连接形成沿b轴方向的二维层,层与层间又通过S…S弱相互作用构筑成三维超分子网络．此外,元素分析、红外光谱和热分析的结果也证实了配合物的组成．