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。     

《金属-有机框架》专辑序言──金属-有机框架:新型多功能材料

<正>金属-有机框架是由金属离子与有机配体通过配位键形成的三维框架材料,是近几十年来配位化学领域中发展较快的新型多功能材料。自上世纪90年代以来,金属-有机框架的研究呈现空前的增长,目前已有大于20000例的金属-有机框架被报道。金属-有机框架可变的金属中心及有机配体使其结构与功能具有多样性。金属中心的选择几乎覆盖了所有金属,包括主族元素、过渡元素和镧系金属。而配体的选择,除了传统的氮杂环和羧酸类配体外,还可以引入一些官能团对其进行修饰,使已获得的金属-有     

金属有机框架物催化有机反应综述

金属有机框架物(MOFs)是近十多年发展起来的一类新型有机-无机杂化材料,由有机配体和无机金属单元构建而成,一般具有多变的拓扑结构以及独特的物理化学性质.MOFs具有特殊的孔洞框架结构,材料种类繁多,比表面积大,其孔穴的大小、形状及构成等可以通过选择不同配体和金属离子,或者改变合成策略加以调节.构成MOFs的配体可以是有机酸,也可以是有机碱,还可以是其他特殊的结构,除此之外在配体上也可以连接特殊官能团,制备具有特殊功能的MOFs材料.由于MOFs具有特殊而又多种多样的结构,因此在功能材料、气体吸附、药物缓释、催化及有机合成等方面有广泛的应用.本文以形成MOFs的金属为分类就近十年来各种MOFs的制备及其在催化有机反应中的应用进行了综述,并对其未来研究加以展望.     

羧基配体金属有机骨架材料作为催化剂的研究进展

<正>金属有机骨架材料(MOFs)是由无机金属中心与多齿有机配体通过配位键形成的立体网络结构多孔晶体材料[1].MOFs具有多孔性、大比表面积、结构规整、有机配体的可修饰性、金属离子的可选择性等特点,在气体吸附、气体分离、磁性材料、光学材料和催化剂等领域得到广泛的应用[2-6].尤其是在催化方面,MOFs结合了金属有机配合物和分子筛的优点,可以直接用作催化剂,也可作为催化剂载体使用.     

含N和羧酸混合配体构筑的金属有机框架化合物应用研究进展

金属-有机框架(metal-organic frameworks,MOFs)化合物是由金属离子和有机配体通过自组装而成的具有网格结构的晶态材料。由于其结构的多样性和孔道的可调节性,使其在气体的吸附和分离、离子识别、催化、磁性和生物医学等方面有着较好的应用前景。本文简单介绍了近十年来含N和羧酸混合配体构筑的MOFs化合物在设计合成和性能研究方面取得的进展,以期广大科研工作者能对MOFs材料在合成设计和性能研究方面有比较全面的认识。研究发现,在MOFs化合物的设计合成中使用含氮配体和芳香羧酸的混合配体是一种行之有效的策略,可以得到更多结构多样化和性能优良的MOFs材料。     

金属-有机框架材料的荧光探测应用进展

金属-有机框架材料(metal-organic frameworks,MOFs)是一类由金属离子或金属离子簇与有机配体自组装而成的杂化多孔材料。 极高的比表面积和孔隙率,组成和结构可调节等特点赋予该材料灵活的设计性和丰富的功能性。 金属-有机框架材料的金属离子、有机配体和装载的客体分子等皆可作为发光中心,并能对离子或小分子产生特异性荧光响应,因此在荧光探测方面有广泛应用。 本文主要综述了近年来金属-有机框架材料在荧光探测方向的研究进展以及应用前景。     

金属有机框架(MOFs)基光催化剂的设计及其在太阳能燃料生产和污染物降解领域的研究进展

金属有机骨架(MOFs)具有较高的比表面积,丰富的金属/有机物种,较大的孔体积以及结构和成分可调节的特性,因此在太阳能燃料生产和污染物的光降解领域具有广泛的应用.根据其结构特点,研究者们主要从有机配体和孔道结构两方面对MOFs进行调控:(1)对有机配体进行修饰,如将杂原子、羟基、卤素原子、金属离子、生物大分子等引入MOFs结构;(2)将无机纳米粒子引入MOFs孔道内,如将贵金属、金属氧化物、多金属氧酸盐等纳米粒子封装在MOFs的孔道内.这些策略可有效增强MOFs的导电性、稳定性等,并进一步提高MOFs基催化剂的光催化性能.本文首先概述了四种经典MOFs类型,即UiO,ZIF,MIL和PCN系列的结构特点和催化性能.其次,总结了在设计MOFs基光催化材料过程中,根据不同类型MOFs特点着重考虑的五方面因素,即稳定性、能带结构、吸附作用、选择性和电导性.再次,讨论了提高MOFs基光催化剂活性的策略,如助催化剂修饰、构建异质结、配体或金属中心修饰和缺陷工程.最后,总结了MOFs基光催化材料在催化还原CO₂、分解水制氢和降解有机污染物反应中的应用进展及影响其催化性能的主要因素.尽管MOFs基光催化材料研究已经取得了令人瞩目的进展,但对MOFs基光催化剂进行可控设计制备仍然存在挑战.如何实现纳米MOFs基光催化材料的制备与规模化生产、可调缺陷MOFs基光催化材料的精准设计、开发高稳定性的MOFs基光催化材料等仍需进一步探索.因此,未来需要从MOFs的纳米化合成、复合材料界面结构的精准调控、催化活性机制与稳定性关系等方面对MOFs基光催化材料进行深入的研究.     

金属有机框架(MOFs)基光催化剂的设计及其在太阳能燃料生产和污染物降解领域的研究进展（英文）

金属有机骨架(MOFs)具有较高的比表面积,丰富的金属/有机物种,较大的孔体积以及结构和成分可调节的特性,因此在太阳能燃料生产和污染物的光降解领域具有广泛的应用.根据其结构特点,研究者们主要从有机配体和孔道结构两方面对MOFs进行调控:(1)对有机配体进行修饰,如将杂原子、羟基、卤素原子、金属离子、生物大分子等引入MOFs结构;(2)将无机纳米粒子引入MOFs孔道内,如将贵金属、金属氧化物、多金属氧酸盐等纳米粒子封装在MOFs的孔道内.这些策略可有效增强MOFs的导电性、稳定性等,并进一步提高MOFs基催化剂的光催化性能.本文首先概述了四种经典MOFs类型,即UiO, ZIF, MIL和PCN系列的结构特点和催化性能.其次,总结了在设计MOFs基光催化材料过程中,根据不同类型MOFs特点着重考虑的五方面因素,即稳定性、能带结构、吸附作用、选择性和电导性.再次,讨论了提高MOFs基光催化剂活性的策略,如助催化剂修饰、构建异质结、配体或金属中心修饰和缺陷工程.最后,总结了MOFs基光催化材料在催化还原CO_2、分解水制氢和降解有机污染物反应中的应用进展及影响其催化性能的主要因素.尽管MOFs基光催化材料研究已经取得了令人瞩目的进展,但对MOFs基光催化剂进行可控设计制备仍然存在挑战.如何实现纳米MOFs基光催化材料的制备与规模化生产、可调缺陷MOFs基光催化材料的精准设计、开发高稳定性的MOFs基光催化材料等仍需进一步探索.因此,未来需要从MOFs的纳米化合成、复合材料界面结构的精准调控、催化活性机制与稳定性关系等方面对MOFs基光催化材料进行深入的研究.     

金属有机骨架材料的复合成型

金属有机骨架材料(MOFs)是由有机配体与金属离子(簇)配位而成的有序杂化多孔框架晶体材料,具有比表面积高、密度低、孔结构可调、配体可设计及易修饰等特性,已广泛应用于分离、催化、传感和药物递送等研究领域。MOFs本身以粉体形式存在,在实际应用中不易于加工处理和回收再利用,甚至会导致粉体污染。因此对MOFs粉末进行复合成型,制备成复合颗粒或者膜材料,有利于推进其工业应用。本文按照MOFs制备和成型的先后顺序,对MOFs复合微珠、薄膜和混合基质膜成型体的制备方法进行综述,对推进MOFs成型体的大规模制备以及开发新的MOFs成型方法提供技术参考。     

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。     

Defect Engineered Metal–Organic Framework with Accelerated Structural Transformation for Efficient Oxygen Evolution Reaction

Metal–organic frameworks (MOFs) have been increasingly applied in oxygen evolution reaction (OER), and the surface of MOFs usually undergoes structural transformation to form metal oxyhydroxides to serve as catalytically active sites. However, the controllable regulation of the reconstruction process of MOFs remains as a great challenge. Here we report a defect engineering strategy to facilitate the structural transformation of MOFs to metal oxyhydroxides during OER with enhanced activity. Defective MOFs (denoted as NiFc′_xFc_1-x) with abundant unsaturated metal sites are constructed by mixing ligands of 1,1′-ferrocene dicarboxylic acid (Fc′) and defective ferrocene carboxylic acid (Fc). NiFc′_xFc_1-x series are more prone to be transformed to metal oxyhydroxides compared with the non-defective MOFs (NiFc′). Moreover, the as-formed metal oxyhydroxides derived from defective MOFs contain more oxygen vacancies. NiFc′Fc grown on nickel foam exhibits excellent OER catalytic activity with an overpotential of 213 mV at the current density of 100 mA cm⁻², superior to that of undefective NiFc′. Experimental results and theoretical calculations suggest that the abundant oxygen vacancies in the derived metal oxyhydroxides facilitate the adsorption of oxygen-containing intermediates on active centers, thus significantly improving the OER activity.     

金属有机框架材料在分离分析领域的研究进展

金属有机框架材料是由金属离子节点和有机配体通过配位键连接形成的具有序多孔骨架的材料, 因其具有比表面积大、 孔隙可调及表面性质可控等优点而备受关注. 通过对有机配体和金属离子进行选择及对金属有机框架材料进行后修饰处理, 可实现对金属有机框架材料表面性质的调控, 以提升其选择性吸附及特异性识别等性能, 进而拓展其在分离分析等领域的应用. 本文从金属有机框架材料的表面性质调控出发, 介绍了其表面性质与分离分析性能的关系, 总结了近年来该领域的代表性工作, 并展望了金属有机框架材料在分离分析领域的应用前景.     

离子液体功能化金属/共价-有机框架材料在催化反应中应用

离子液体（ILs）功能化的金属有机框架（MOFs）和共价有机框架（COFs）材料兼具离子液体和MOFs/COFs的优点，是一种极具潜力的复合催化材料。MOFs和COFs材料固定的孔结构及较大的比表面积为负载高分散催化中心提供了天然的物理空间；多孔结构促使催化剂与反应物充分接触；丰富的孔道有利于运输催化反应底物和产物，进而实现催化反应的高效进行。特别是离子液体片段的引入，可以作为催化活性中心的配体（稳定剂）或分散剂，同时能够有效改善MOFs和COFs材料孔道和活性中心周围的微环境。此外，还可以充分利用离子液体片段在适当的反应条件下转化为氮杂环卡宾配体的特点，在MOFs和COFs材料中引入氮杂环卡宾有机金属配合物。因此，我们对近几年来离子液体功能化的MOFs或COFs催化体系在CO2环加成、CO2还原、C-C偶联、羰基化以及其它有机转化反应中的研究应用进行简要综述。并对复合材料在催化领域的发展进行总结和展望。     

金属有机骨架复合材料在样品预处理中的研究进展

金属有机骨架（MOFs）材料是近几年涌现出的一类新型多功能多孔材料,以金属离子或金属簇为配位中心,与含氧或氮的有机配体通过配位作用形成多孔骨架结构。相比于其他传统无机多孔材料,MOFs具有比表面积高、孔隙率大、热稳定性好和结构与功能多样化的特点,因而被广泛用于气体存储、催化、吸附和分离等领域。MOFs复合材料在样品预处理方面的应用引起了研究者们的极大兴趣和广泛关注。由于MOFs材料和不同功能材料如高分子聚合物、碳基材料以及磁性材料组装复合,使MOFs复合材料的性能优于原来的MOFs材料。综述了近年MOFs复合材料在样品预处理的研究应用,尤其是在固相微萃取、固相萃取以及磁性固相萃取等方面的应用。     

金属有机框架色谱固定相的研究进展

金属有机框架(MOFs)是由金属离子或金属簇与有机配体通过配位作用自组装形成的一类新型多孔材料. MOFs具有独特的拓扑结构、丰富的孔隙结构、可调的孔道尺寸、巨大的比表面积以及灵活的表面修饰等特征,是色谱分离领域颇受关注的一类新型固定相. 综述了近几年MOFs材料作为固定相在气相色谱、液相色谱及手性拆分等领域应用的研究进展,展现MOFs材料在色谱分离领域的优异性能和应用潜力,并对MOFs材料在色谱固定相领域今后的发展进行了展望.     

Self-assembly of 3p-Block Metal-based Metal-Organic Frameworks from Structural Perspective

Metal-organic frameworks(MOFs) are a class of porous inorganic-organic hybrid materials, which are constructed from diverse inorganic building units and multi-functional organic ligands. Highly ordered pore structures and tailored functionalization have made MOF materials potential for applications in many fields. Among various MOF materials, 3p-block metal(Al, Ga, and In)-based MOFs exhibit higher chemical stability than divalent transition metal-based MOFs due to their higher valence. In this review, Al-MOFs and In-MOFs were mainly discussed from the perspective of categories of inorganic building blocks, coordination types, and numbers of organic ligands. This review will give intuitive guidance to the design and synthesis of novel 3p-block metal-based MOFs with potential applications.     

功能化金属有机骨架材料去除饮用水污染物的研究进展

金属有机骨架(MOFs)材料是一类以过渡金属为中心、含杂原子的有机物为配体、通过配位作用形成的周期性网络多孔晶体材料。与其他的多孔材料相比,MOFs配体种类繁多,比表面积极大,孔径大小可调控且具有特殊(饱和或不饱和)的金属位点,在气体存储、催化、吸附与分离等领域有广阔的应用前景。近年来,功能化MOFs对污染物的富集和去除成为学者关注的热点。这是由于通过对MOFs进行功能化修饰,能够改变MOFs的孔径大小、表面带电性质等物化性质,从而实现对目标物更高效的吸附。该文综述了近年来功能化MOFs对饮用水污染物吸附的研究进展,包括饮用水污染物的类型及危害、功能化MOFs的制备方法以及去除饮用水污染物的应用,并对今后的发展前景进行了展望。     

Luminescent nanoscale metal–organic frameworks for chemical sensing

Metal–organic frameworks(MOFs) are a fascinating class of crystalline materials constructed from selfassembly of metal cations/clusters and organic ligands. Both metal and organic components can be used to generate luminescence, and can further interact via antenna effect to increase the quantum yield,providing a versatile platform for chemical sensing based on luminescence emission. Moreover, MOFs can be miniaturized to nanometer scale to form nano-MOF(NMOF) materials, which exhibit many advantages over conventional bulk MOFs in terms of the facile tailorability of compositions, sizes and morphologies, the high dispersity in a wide variety of medium, and the intrinsic biocompatibility. This review will detail the development of NMOF materials as chemical sensors, including the synthetic methodologies for designing NMOF sensory materials, their luminescent properties and potential sensing applications.