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。     

基于金属有机框架的纳米酶及其在生物分析中的应用

纳米酶是一类具有类酶活性的纳米材料,在分析化学和疾病诊疗领域具有良好的发展潜力。金属有机框架（MOFs）材料是由金属节点和有机配体形成的多孔晶体材料,其结构与天然酶有一定的相似性。目前,研究者已经开发了多种基于MOFs的纳米酶,包括具有类过氧化物酶、类氧化酶、类超氧化物歧化酶和类水解酶活性的纳米酶等,并显示出广阔的应用前景。本文根据材料的结构特点,将基于MOFs的纳米酶分为原始MOFs、化学修饰MOFs、MOFs复合材料和MOFs衍生物4类,介绍了这4类纳米酶制备的基本原理与最新研究进展。在此基础上,根据比色传感、荧光传感和电化学传感等分析策略,综述了MOFs基纳米酶在生物分析方面的研究和应用进展,讨论了其在实际应用中所面临的挑战和未来的发展趋势。     

金属有机框架材料在表面增强拉曼光谱中的应用研究进展

金属有机框架材料（MOFs）是一种由金属离子和有机配体通过配位化学原理自组装形成的具有周期性网格晶态的多孔结构材料,其独特的结构和性质使其成为具有广阔应用前景的材料。由于MOFs可极大地提高金属表面增强拉曼光谱（SERS）基底的目标富集和信号增强性能,因此,基于MOFs的SERS基底受到了广泛关注。同时,高效的SERS基底使SERS技术可实现高灵敏、高选择性、无损和快速检测。将MOFs应用于SERS技术,极大地促进了SERS技术的发展并拓宽了其应用范围。本文总结了SERS的发展、MOFs基底的类别及其在SERS中的应用,提出了亟待解决的关键问题和挑战,并对其发展前景进行了展望。     

磁性金属-有机骨架材料的合成及其应用

磁性金属-有机骨架(magnetic metal-organic frameworks,MMOFs)材料是近年来兴起的新型纳米功能材料,它由MOFs材料和磁性材料组合而成,具有高选择性、良好分散性和可多次重复利用等优点,在环境、医学和生物学研究领域应用广泛。本文介绍了MMOFs材料的四种合成方法,包括嵌入法、叠层法、封装法和混合法,其中嵌入法是指将磁性颗粒材料镶嵌在MOFs表面,叠层法是将MOFs层覆盖和叠加生长在官能化磁性颗粒材料表面,封装法是MOFs材料围绕磁性颗粒在其周围生长并将其包埋起来,混合法是将MOFs和磁性颗粒物通过物理或化学作用发生聚合合成。MOFs与磁性颗粒材料结合形成的MMOFs,既保留了MOFs材料的结构与性能,又增添了颗粒材料的磁性,从而大大拓展了MOFs的应用范围。鉴于MMOFs可携带特定的物质释放于指定位置,容易从复杂基质中分离,并可通过外部磁性进行定位与收集等优势与特点,其在生物医药、环境样品预处理和催化等领域得到了广泛的应用。     

金属有机骨架应用于样品前处理研究的最新进展

作为一类新型多孔晶体材料,金属有机骨架（MOFs）在储能、催化、传感和分离等领域得到了广泛应用。MOFs多样的拓扑结构、大的比表面积和可调的孔径使得其在样品前处理领域拥有广阔的应用前景,基于MOFs及其衍生材料的样品预处理新方法层出不穷。该文总结了近几年MOFs粉末、MOFs膜、MOFs纳米片和MOFs复合材料等应用于固相萃取、固相微萃取和磁固相萃取等样品前处理技术的研究进展,并对该领域研究进行了展望。     

金属有机骨架衍生材料在样品前处理中的应用研究进展

样品前处理技术在复杂样品的整个分析过程中起着至关重要的作用,其不仅可以提高痕量目标物在样品中的浓度,而且能有效消除样品基质对分析的干扰。对于样品前处理技术而言,吸附剂是其最为核心部分。因此开发高效、稳定的新型吸附剂已成为前处理技术领域的研究热点。近年来,由金属有机骨架(metal-organic frameworks, MOFs)衍生的多孔材料因其形貌结构多样、孔径可调、比表面积高、热稳定性良好、耐化学腐蚀等优异性能,使其在样品前处理领域拥有广阔的应用前景,基于MOFs衍生材料的样品前处理新方法也层出不穷。然而,MOFs衍生材料仍存在MOFs前驱体合成工艺复杂、生产成本高、量产困难等问题。该文总结了近几年来MOFs衍生材料在分散固相萃取(dSPE)、磁固相萃取(MSPE)、固相微萃取(SPME)、搅拌棒固相萃取(SBSE)和分散微固相萃取(DMSPE)等样品前处理技术中的研究进展,并对多种MOFs衍生材料的制备方法、功能化调控、富集效率等方面进行了评述。最后,展望了MOFs衍生材料在该领域中的应用前景,为进一步研究MOFs衍生材料的应用提供了参考。     

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.     

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。     

金属有机骨架及其复合材料在食品安全检测中的应用北大核心CSCD

食品安全问题严重影响着人类的身体健康,开发高效、便捷、快速的食品安全检测方法十分必要。金属有机骨架材料(MOFs)是一类具有孔径均匀、粒子尺寸可调、比表面积高和热稳定性好等特点的新型多孔配合物,可根据要求针对性合成,已在食品安全检测中广泛应用。MOFs和其他功能材料(离子液体、量子点、石墨烯、磁性纳米粒子、金或银纳米粒子等)组装形成的复合材料,使MOFs在具有原有优点的基础上获得其他材料导电、发光、磁性、催化等优异性能,在传感检测和样品前处理材料方面引起了研究者的广泛关注。系统综述了MOFs及其复合材料作为色谱法的样品前处理材料或传感材料在食品安全检测领域,如农兽药残留、非法添加物、重金属离子和有机污染物以及微生物毒素等检测中的应用进展,并对其发展前景进行了展望(引用文献56篇)。     

基于低共熔溶剂的多孔有机框架材料合成及其在固相萃取中的应用北大核心CSCD

本文综述了低共熔溶剂(DES)在多孔有机框架材料(POFs)中金属有机框架(MOFs)和共价有机框架(COFs)合成方面的应用,以及这些新型材料在固相萃取领域的潜在应用。DES作为环保绿色溶剂,不仅用于MOFs和COFs的制备,还在特定情况下作为结构导向剂,对框架的结构和性能产生重要影响。通过合适的DES配方,研究人员能够调控MOFs和COFs的晶体结构、孔径和表面性质,从而获得性能卓越的材料。MOFs和COFs因其具有较大的比表面积和丰富的活性位点,在固相萃取中展现出卓越的吸附能力和选择性,能够有效地从复杂样品中富集目标分析物。研究证明,基于DES的MOFs和COFs在环境分析、食品检测和生物样品分析等领域具有广泛的应用潜力。尽管基于DES的MOFs和COFs在固相萃取领域仍处于初级阶段,但其高效富集和高选择性等特性为实际应用提供了良好前景。未来的研究应继续深入探索基于DES的合成方法,以制备更多性能卓越的MOFs和COFs,并深入研究其在各个领域的应用潜力。这些努力有望将这些新型材料应用于商业化的固相萃取方法中,为分析化学领域带来新的发展机遇。     

金属-有机框架衍生的中空碳材料及其在电化学能源存储与氧还原领域中的应用

金属-有机框架材料(metal-organic frameworks,MOFs)是一类由金属离子或金属团簇与有机配体通过配位键连接形成的具有周期性网络结构的多孔配位聚合物。这类材料通常具有孔道规整、比表面积大、孔隙率高、结构可设计及孔壁易修饰等特点,诸多的优点使得MOFs的研究从配位化学跨越到多个学科领域,成为当前多学科交叉前沿热点之一。近来的研究发现,以MOFs为前驱体碳化后制得的碳材料可保留MOFs的大比表面积和多孔结构,同时可以实现均匀的杂原子(如N、P、S、B等)掺杂,而且通过选择合适的MOFs前驱体可调控产物的组成和形貌尺寸,这些显著的结构特征使其具备了成为高性能功能性材料的潜力。最近,以MOFs为模板或前驱体制备的中空碳材料引起了人们的广泛关注,这主要是因为中空结构可有效缓解材料在电化学过程中产生的体积变化及受到的冲击,而且中空结构可暴露出更多的活性位点,具有快速的传质过程,使得材料发挥出最优性能,故而此类材料可被用在二次电池、电容器、电催化等多种电化学器件和多个领域中。基于此,本文综述了MOFs衍生的中空碳材料在储能器件及电催化领域的研究进展,主要包括锂离子电池、锂硫/硒电池、钠离子电池、超级电容器、电催化氧还原等领域,并对这类材料当前面临的挑战及未来的发展趋势进行了阐述。     

中空MOFs材料制备及电催化应用的研究进展

水分裂、金属-空气电池和燃料电池等能源转换技术对解决未来的能源危机和环境问题至关重要.氧还原反应(ORR)、氧析出反应(OER)和氢析出反应(HER)作为其核心反应,存在反应动力学速率较慢的问题,因此,开发研制高效的非贵金属电催化剂具有重要意义.金属有机骨架(MOFs)材料因具有高度可调的组成和多孔晶体结构,在不同的应用领域引起了越来越多的关注.中空MOFs纳米材料具有MOFs材料高度可调的组成和结构优势,又具有中空结构纳米材料的优点(如更快的物质传输、更丰富的孔隙率、灵活多变的活性组分、更多的暴露活性位点及对苛刻条件的更好相容性等),在电催化领域显现出巨大的应用潜力.本文对近几年来基于中空结构MOFs材料的制备及在电催化方面应用的研究进展进行了综合评述,并对该领域面临的挑战和发展前景进行了总结和展望.     

Multi‐shelled Hollow Metal–Organic Frameworks

Hollow metal–organic frameworks (MOFs) are promising materials with sophisticated structures, such as multiple shells, that cannot only enhance the properties of MOFs but also endow them with new functions. Herein, we show a rational strategy to fabricate multi‐shelled hollow chromium (III) terephthalate MOFs (MIL‐101) with single‐crystalline shells through step‐by‐step crystal growth and subsequent etching processes. This strategy relies on the creation of inhomogeneous MOF crystals in which the outer layer is chemically more robust than the inner layer and can be selectively etched by acetic acid. The regulation of MOF nucleation and crystallization allows the tailoring of the cavity size and shell thickness of each layer. The resultant multi‐shelled hollow MIL‐101 crystals show significantly enhanced catalytic activity during styrene oxidation. The insight gained from this systematic study will aid in the rational design and synthesis of other multi‐shelled hollow structures and the further expansion of their applications.     

Multi-shelled Hollow Metal–Organic Frameworks

Hollow metal–organic frameworks (MOFs) are promising materials with sophisticated structures, such as multiple shells, that cannot only enhance the properties of MOFs but also endow them with new functions. Herein, we show a rational strategy to fabricate multi-shelled hollow chromium (III) terephthalate MOFs (MIL-101) with single-crystalline shells through step-by-step crystal growth and subsequent etching processes. This strategy relies on the creation of inhomogeneous MOF crystals in which the outer layer is chemically more robust than the inner layer and can be selectively etched by acetic acid. The regulation of MOF nucleation and crystallization allows the tailoring of the cavity size and shell thickness of each layer. The resultant multi-shelled hollow MIL-101 crystals show significantly enhanced catalytic activity during styrene oxidation. The insight gained from this systematic study will aid in the rational design and synthesis of other multi-shelled hollow structures and the further expansion of their applications.     

Well‐Defined Metal–Organic Framework Hollow Nanocages

Metal–organic frameworks (MOFs) have demonstrated great potentials in a variety of important applications. To enhance the inherent properties and endow materials with multifunctionality, the rational design and synthesis of MOFs with nanoscale porosity and hollow feature is highly desired and remains a great challenge. In this work, the formation of a series of well‐defined MOF (MOF‐5, Fe^II‐MOF‐5, Fe^III‐MOF‐5) hollow nanocages by a facile solvothermal method, without any additional supporting template is reported. A surface‐energy‐driven mechanism may be responsible for the formation of hollow nanocages. The addition of pre‐synthesized poly(vinylpyrrolidone)‐ (PVP) capped noble‐metal nanoparticles into the synthetic system of MOF hollow nanocages yields the yolk–shell noble metal@MOF nanostructures. The present strategy to fabricate hollow and yolk–shell nanostructures is expected to open up exciting opportunities for developing a novel class of inorganic–organic hybrid functional nanomaterials.     

Formation of CoS2 Nanobubble Hollow Prisms for Highly Reversible Lithium Storage

Metal–organic frameworks (MOFs) have been intensively used as the templates/precursors to synthesize complex hollow structures for various energy‐related applications. Herein we report a facile two‐step diffusion‐controlled strategy to generate novel MOFs derived hierarchical hollow prisms composed of Nanosized CoS₂ bubble‐like subunits. Uniform zeolitic imidazolate framework‐67 (ZIF‐67) hollow prisms assembled by interconnected nanopolyhedra are first synthesized via a transformation process. Afterwards, these ZIF‐67 building blocks are converted into CoS₂ bubble‐like hollow particles to form the complex hollow prisms through a sulfidation reaction with an additional annealing treatment. When evaluated as an electrode material for lithium‐ion batteries, the as‐obtained CoS₂ nanobubble hollow prisms show remarkable electrochemical performance with good rate capability and long cycle life.     

Transformation of Metal‐Organic Frameworks into Stable Organic Frameworks with Inherited Skeletons and Catalytic Properties

Metal‐organic frameworks (MOFs) are an emerging class of porous materials with attractive properties, however, their practical applications are heavily hindered by their fragile nature. We report herein an effective strategy to transform fragile coordination bonds in MOFs into stable covalent organic bonds under mild annealing decarboxylative coupling reaction conditions, which results in highly stable organic framework materials. This strategy successfully endows intrinsic framework skeletons, porosity and properties of the parent MOFs in the daughter organic framework materials, which exhibit excellent chemical stability under harsh catalytic conditions. Therefore, this work opens a new avenue to synthesize stable organic framework materials derived from MOFs for applications in different fields.     

Stimulus‐Responsive Metal–Organic Frameworks

Materials that can recognize the changes in their local environment and respond by altering their inherent physical and/or chemical properties are strong candidates for future “smart” technology materials. Metal–organic frameworks (MOFs) have attracted a great deal of attention in recent years owing to their designable architecture, host–guest chemistry, and softness as porous materials. Despite this fact, studies on the tuning of the properties of MOFs by external stimuli are still rare. This review highlights the recent developments in the field of stimulus‐responsive MOFs or so‐called smart MOFs. In particular, the various stimuli used and the utility of stimulus‐responsive smart MOFs for various applications such as gas storage and separation, sensing, clean energy, catalysis, molecular motors, and biomedical applications are highlighted by using representative examples. Future directions in the developments of stimulus‐responsive smart MOFs and their applications are proposed from a personal perspective.     

Zirconium–Porphyrin‐Based Metal–Organic Framework Hollow Nanotubes for Immobilization of Noble‐Metal Single Atoms

Single atoms immobilized on metal–organic frameworks (MOFs) with unique nanostructures have drawn tremendous attention in the application of catalysis but remain a great challenge. Various single noble‐metal atoms have now been successfully anchored on the well‐defined anchoring sites of the zirconium porphyrin MOF hollow nanotubes, which are probed by aberration‐corrected scanning transmission electron microscopy and synchrotron‐radiation‐based X‐ray absorption fine‐structure spectroscopy. Owing to the hollow structure and excellent photoelectrochemical performance, the HNTM‐Ir/Pt exhibits outstanding catalytic activity in the visible‐light photocatalytic H₂ evolution via water splitting. The single atom immobilized on MOFs with hollow structures are expected to pave the way to expand the potential applications of MOFs.     

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。