金属有机骨架材料在传感器中的应用

摘 要 金属有机骨架（Metal Organic Framework,MOFs）是由有机配体与金属离子或金属离子簇通过配位作用自组装而成的一种具有永久孔道性的开放结晶骨架,通常也被称为配位聚合物（PCPS）。因为其较大的比表面积、规整的孔道结构、热稳定性和化学可裁剪性,使其在多个领域具有广阔的应用前景。近年来,随着MOFs在传感领域的发展,许多不同的功能基团被引入到MOFs的孔道中,研制出具有荧光识别性能的MOFs。本论文综述了近几年来基于MOFs的化学传感器在离子识别、PH检测、挥发性有机物和气体检测、爆炸物识别和生物分子检测等关键领域的研究进展,并对MOFs在化学传感器的应用前景进行了展望。     

金属-有机骨架材料及其在催化反应中的应用

金属-有机骨架(metal-organic frameworks, MOFs)材料是由金属离子和有机配体通过自组装而成的具有多孔结构的特殊晶体材料。由于其种类的多样性、孔道的可调性和结构的易功能化,已在气体的吸附和分离、催化、磁学、生物医学等领域表现出了诱人的应用前景。本文介绍了MOFs材料的类型和常用的合成方法,综述了近年来MOFs材料在催化领域的应用,特别是以MOFs材料中骨架金属作为活性中心、骨架有机配体作为活性中心和负载催化活性组分的催化反应,并对MOFs材料的催化应用趋势做了展望,以期对MOFs材料的催化性能有比较全面的认识。     

三明治结构MOFs催化剂:调控加氢反应选择性

<正>金属有机骨架化合物(Metal-organic Frameworks,MOFs)是由无机金属离子或金属簇与桥连的有机配体通过自组装相互连接,形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料[1]。MOFs具有大的比表面积和规整的孔道结构,有利于底物和产物分子的扩散和传输。MOFs成为近十年来研究不衰的领域,一方面是因为研究者可以精准地定制自己所需的MOF,另一方面是其诸如气体吸附,催化等应用前景不断被展示。催化过程一直被视为MOF最有前景的应用领域,但是由于化学稳定     

金属有机骨架材料在吸附分离研究中的应用进展

作为一种新型的纳米多孔材料,金属有机骨架材料（Metal-Organic Frameworks,MOFs）在近二十余年中得到了飞速的发展.MOFs材料由无机金属离子和有机配体通过自组装形成,具有许多优于传统多孔材料的特性.超高的比表面积、较高的孔隙率、可调的孔道尺寸、良好的热稳定性和化学稳定性使得MOFs材料在多个领域中展现出了广阔的应用前景.随着研究的不断深入,MOFs材料被广泛应用于催化反应、吸附分离、生物医学等领域中,并表现出了优异的效果.本文着力于近年来MOFs材料在吸附分离研究中的进展,重点介绍了这类材料在能源气体贮存、碳捕获、膜分离、液相吸附、色谱的分离净化方面的应用,并对其今后的发展进行了展望.     

基于金属有机骨架材料固定相的气相色谱分离应用

金属有机骨架材料(MOFs)是一类由有机配体和金属离子(或金属簇)自组装形成的新型多功能材料。MOFs具有孔隙度高、比表面积大、孔径可调、化学和热稳定性高等特点,被广泛应用于吸附、分离、催化等多个领域。近年来,MOFs作为新型气相色谱固定相用于分离异构体受到了广泛关注。与传统无机多孔材料相比,MOFs在结构和功能上展现出高度的可调性,通过合理地选择配体和金属中心,可以设计合成具有不同孔道大小和孔道环境的MOFs,从而分别从热力学和动力学角度优化色谱分离效果,有效提高分离选择性。该文结合MOFs的结构,讨论了MOFs气相色谱固定相分离不同类型分析物的分离机理。分离机理主要包括MOFs孔道的分子筛效应或形状选择性,MOFs不饱和的金属位点与分析物中不同的官能团之间产生的相互作用,分析物与MOFs孔道之间产生的不同范德华力、π-π相互作用和氢键相互作用。此外,MOFs的手性分离可能主要依赖于外消旋体与手性MOFs中手性活性位点之间的相互作用。该文也对不同分析目标物进行了归类,综述了多种MOFs气相色谱固定相对烷烃、二甲苯异构体和乙基甲苯、外消旋体、含氧有机物、环境有机污染物的气相色谱分离效果。最后,该文还对MOFs在该领域的应用进行了总结与展望,旨在为MOFs气相色谱高效分离的研究提供参考。     

金属有机框架材料吸附性能应用的研究

金属有机框架材料(MOFs)是一种多孔聚合物材料,其相关研究近年来取得迅速发展。MOFs是以金属离子为中心,桥连的有机配体作为支撑经延伸形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料[1]。由于其较强的功能性、较高的比表面积、超高的孔隙率以及可调控的孔道结构[2],MOFs在储气、分离、催化、载药和光学等领域受到了极大的重视,并具有广泛的应用前景。本文从MOFs材料的结构设计出发,介绍近几年MOFs材料在能源气体(H2、CH4)的储存,H2S、CO2、有机气体分子的捕集以及医学领域(对于一些药物的吸附装载)的研究进展,并对MOFs材料在应用上存在的问题进行了阐述,对其未来的发展趋势作出展望。     

金属有机骨架及其复合材料在分离领域中的应用进展

金属有机骨架（MOFs）是一类由无机金属离子与有机配体自组装形成的新型有机-无机杂化多孔材料,因具有比表面积超高、结构多样、热稳定性良好、孔道尺寸和性质可调等优势,在分离领域表现出重要的应用价值。然而,采用传统方法制备的MOFs多为粒径在微米或亚微米尺度的晶体,且颗粒形貌不规则,因此限制了MOFs在样品前处理和色谱固定相等领域的应用和发展。构建基于MOFs的复合材料是弥补MOFs应用缺陷的一项有效措施,有望在保留MOFs优越的分离特性的同时,引入基体材料的特定性能。该文简要综述了近年来MOFs及其复合材料在吸附、样品前处理和色谱固定相等分离领域中的应用进展,并对MOFs在分离科学中的应用前景做出展望。     

金属-有机骨架材料的合成及其在荧光传感器中的应用

金属-有机骨架材料(MOFs),是一类由金属节点或者是次级构筑单元与有机配体通过配位键自组装形成的材料,因其丰富的拓扑结构及在多领域的潜在应用而被广泛研究。最近关于块状和纳米颗粒形式的发光MOFs的研究表明,这些材料具有优异的发光性质,可用来检测识别溶剂分子、重金属离子、黄曲霉素、硝基苯类爆炸物以及碘离子等。并且开发高灵敏度、高选择性、快速响应和完全可逆的有毒物质和爆炸物检测传感器,在国土安全、环境安全及其他人道主义关切问题上有着极大的需求。本文主要讨论MOF材料作为荧光传感器的应用研究和发展前景。     

金属-有机框架材料在液相催化化学制氢中的研究进展

金属-有机框架(MOFs)材料是由金属簇节点或金属离子与有机配体连接而成的典型的无机-有机杂合物, 作为一类新兴的无机多孔晶态材料, MOFs因具有高度有序的多孔性、 结构可裁剪性、 高比表面积及灵活多变的骨架类型等优点而在工业合成、 能源开发、 环境治理和生物制药等领域展现出广阔的应用前景. 本文从氢能源的开发利用出发, 总结了近年来MOFs基纳米复合材料在催化化学制氢方面的研究进展. 讨论了常见的含氢量高的化学储氢材料, 包括氨硼烷、 甲酸和水合肼等; 催化材料主要有单一MOFs、 MOF基贵金属和非贵金属复合材料及MOF基衍生材料等. 最后, 对MOF基复合材料在液相催化化学储氢中的应用前景进行了展望.     

二维导电金属有机骨架材料

金属有机骨架(MOFs)是由金属离子或簇与有机配体以配位键组装而成的晶态多孔材料,其高的孔隙率及功能可设计性使其广泛应用于各种领域。然而,传统MOFs多数电导率非常低,这严重制约了其在电学相关领域的发展。近年来,导电金属有机骨架尤其是二维导电金属有机骨架(2D ECMOFs)材料因其结构中独特的π-π堆积及π-d共轭作用而呈现出半导体甚至类金属的电子输运性质而受到广泛关注,已在传感器、电子器件、电催化、电池和超级电容器等电学和能源相关领域展现出潜在的应用价值。本文将从2D ECMOFs的导电机理、结构、合成方法及应用等方面对近几年该领域的重要进展进行综述,并对其未来发展的挑战和机遇提出展望。     

功能化MOFs及MOFs/聚合物复合膜在有机染料和重金属离子吸附分离中的应用

全球工业的发展带来了严重的水污染问题,对含各类有机和无机污染物工业废水的处理也成为了重要研究课题。金属-有机骨架(Metal-Organic Frameworks, MOFs)化合物由于其大比表面积、高孔隙率、有序孔道结构及可调节孔道物理化学性质、热稳定性高、易于合成和丰富的开放活性位点等特点,在诸多领域得到广泛应用,其中在固相吸附/分离领域,特别是吸附水中污染物方面展现出良好应用前景。通过合成后改性、使用含取代基配体原位合成、与特定功能材料复合等方法实现MOFs功能化,可有效增加MOFs材料的吸附活性位点,提高吸附性能和吸附选择性。与MOFs颗粒相比较,MOFs/聚合物复合膜结合了MOFs颗粒的结构与物理化学特性以及聚合物薄膜优秀的分离/载体性能,在有机染料及重金属离子的吸附中表现出优秀的吸附/分离性能。本文重点综述了以染料和重金属离子为代表的有机、无机污染物的吸附去除为目标的MOFs功能化方法,以及MOFs/聚合物复合膜的制备方法,并对未来研究方向和研究前景进行展望。     

手性金属有机骨架材料的合成及其在对映异构体选择性分离中的应用

手性现象在自然界中广泛存在,手性分离在药物研发、农用化学、药理学、环境科学和生物学等诸多领域具有重要意义。手性金属有机骨架化合物材料(MOFs)是一类具有特殊拓扑结构和可设计的孔道结构的新型多孔材料,加之其比表面积高、孔隙率大、热稳定性良好和溶剂耐受性好等特性,使得MOFs在分析化学领域的应用与研究日益深入。本文简要综述了手性MOFs的合成方法,着重讨论了手性MOFs在对映异构体选择性分离方面的应用及相关机理,最后对该类材料的发展前景做了展望。     

双金属MOFs及其衍生物在电化学储能领域中的应用

双金属有机骨架及其衍生物一方面具有单金属有机骨架孔道丰富、比表面积大、结构可调、活性位点丰富等特点,另一方面具有双组分与多孔结构之间的协同效应,因而受到了研究人员的密切关注,在储能、催化、分离、传感器、医药、气体存储等领域广泛应用。和单金属MOFs类似,双金属MOFs的导电性不佳、结构易坍塌,这极大地限制了其在电化学储能中的应用。通过对双金属MOFs进行热处理,易得到分布均匀的多孔碳@双金属氧化物/硫化物/磷化物/硒化物等衍生物,不仅保持了独特的多孔结构,而且提高了材料的导电性和结构稳定性,有利于在电化学储能中的应用。因此,本文从双金属MOFs中的主要金属离子入手,综述了双金属MOFs及其衍生物用于超级电容器、锂离子电池、钠离子电池、金属空气电池等电化学储能器件的最新应用进展。在此基础上,总结了双金属MOFs在电化学储能应用中的优势,并对其制备、作用机理和后处理研究提出了建议。     

金属有机框架化合物对溶剂分子和有机小分子荧光识别与传感研究进展

金属-有机框架(MOFs)化合物由于其特定的孔道/孔洞结构以及在气体吸附/存储与分离、化学传感、光学、磁学以及荧光检测等方面的良好性能及潜在应用而成为当前人们关心和研究的热点。本文聚焦MOFs在溶剂分子和有机小分子荧光识别及传感方面的研究工作,着重介绍该领域近期的研究进展,并对该领域今后的发展进行了展望。     

金属有机框架与新型载药体系

金属-有机骨架材料(MOFs)是一类由金属离子与有机配体之间的配位自组装形成的新型多孔复合材料。因其具有高比表面积、可调的尺寸、拓扑结构多样性、合成简便、有机基团易于功能化等优点使其在生物分析、成像、传感、催化、气体存储与分离以及药物运载等领域具有广泛的应用前景。这里通过简要介绍MOFs的研究背景,基于MOFs孔径的药物装载策略以及MOFs药物释放的刺激响应方式,阐述MOFs作为药物递送载体的最新进展,为后期药物载体的设计提供参考。     

用于电解水制氢的过渡金属有机骨架基催化剂

金属有机骨架(MOFs)材料因具有无机和有机的杂合性质、高度有序的多孔性、结构可修饰性、比表面积大和孔隙率高等特点,在催化领域具有广阔的应用前景。本文从氢能的开发利用角度出发,在纯MOFs、MOFs复合及衍生材料三个方面对近十年来过渡金属MOFs基催化剂在电解水制氢方面的重要研究进展进行了综述,着重针对材料的合成进行了探讨,以及在基础研究和产业应用的角度指出当前过渡金属MOFs基制氢催化剂面临的挑战和机遇,对其应用前景进行展望。     

化学稳定金属有机框架的合成策略

金属有机框架(Metal-Organic Frameworks)是由金属离子或簇与有机配体通过配位键形成的具有孔洞结构的新一代晶态多孔材料，是近20年来配位化学领域的研究热点。作为新型多功能材料，MOFs具有高孔隙率、低密度、大比表面积、孔径可调、拓扑结构多样和可裁剪等优点，广泛应用于各种领域。尽管MOFs有许多优点，但是大多数MOFs材料的水和化学稳定性相对较差，在恶劣条件下结构无法保持，极大限制了它们的实际应用。因此，化学稳定的MOFs材料具有更大的应用前景。近年来，研究人员在提高MOFs化学稳定性方面进行了大量的探索，发展了一些非常好的方法合成化学稳定的MOFs材料。本文主要综述了近五年来化学稳定MOFs材料合成的最新研究进展。     

MOFs材料制备方法的研究进展

金属有机框架材料(Metal Organic Frameworks, MOFs)是近二十年来发展迅速的一类以金属离子为中心、有机物为配体的新型自组装骨架材料,由于其具有多孔性、大比表面积、结构与功能的多样性等特点而被广泛研究。基于这些特性,MOFs材料在气体的吸附与分离、催化等领域具有广阔的应用前景。材料研究的第一步是材料的制备与合成,因此,对于MOFs制备方法的研究备受关注。本文综述了近年来新兴MOFs材料的制备方法,主要可分为"由下至上"法和"由上至下"法两大类,并对其发展趋势进行了展望。     

金属有机框架材料在毛细管电色谱中的应用

金属有机框架材料(MOFs)是一类由金属离子或金属簇与有机官能团通过配位键形成的新型有机-无机杂化晶态多孔材料, 具有比表面积大、热稳定性和化学稳定性高、结构及功能多样等特点, 是毛细管电色谱(CEC)领域研究较多且具有优异应用前景的一类新型纳米材料固定相.综述了近年来MOFs在CEC中的研究进展, 主要包括新型制柱技术的发展及其在分离领域的应用, 并对该领域今后的发展方向进行了展望.     

双金属金属有机骨架材料的制备及性能研究进展

金属有机骨架材料(MOFs)具有拓扑结构的多样性和丰富的比表面积,使其在催化和吸附领域具有潜在的应用价值。 双金属MOFs具有两种金属中心,较之单金属MOFs具有更加多元的催化活性位点和吸附位点,因此吸附选择性、选择催化性以及结构稳定性等均得到了提升。 本文就如何制备性能优异的双金属MOFs材料,以及这种材料的结构特点、性能提升和应用前景展开了概述。