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。     

以MOFs为前驱体的多孔金属氧化物催化剂研究进展

多孔金属氧化物具有高比表面积、大孔径、特殊的形貌和结构特性,广泛应用于催化、锂离子电池、太阳能电池、气敏传感器等领域。金属有机骨架材料(MOFs)是一类具有周期性网络结构的新型多孔晶体材料,在气体存储、气体分离、催化等领域具有重要的应用价值。近年来,以MOFs为前驱体制备多孔碳和多孔金属氧化物成为MOFs应用领域一个新的研究热点。本文主要综述了以MOFs为前驱体制备的多孔金属氧化物和多孔金属氧化物/碳复合物在CO氧化、催化产氢、异丁烷脱氢、环已烯氧化、醇直接氧化为酯、醛氧化酰胺化反应、光催化降解有机物和氧还原反应等方面的应用。     

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.     

高效氧催化反应中的金属有机骨架材料（英文）

氧电催化反应包括氧气还原反应(ORR)和氧气析出反应(OER).作为核心电极反应,这两个反应对诸多能源存储与转换技术(比如燃料电池、金属空气电池以及全水分解制氢等)的能量效率起决定性作用.然而,ORR和OER涉及多个反应步骤、多个电子转移过程以及多相界面传质过程.这些复杂的过程较大程度上限制了ORR和OER的反应速率.从理论和实践两个方面来看,ORR和OER都需要高效电催化剂的参与来促进其反应速率,从而能够最终提高上述能源存储与转换技术的能量转换或利用效率.目前,以Pt,Pd,Ir,Ru为代表的贵金属基电催化剂具有十分突出的电催化性能.但是,过高的成本和过低的储量始终制约着贵金属基电催化剂在催化ORR和OER反应方面,乃至在能源存储与转换技术领域的规模化应用.因而,开发高效非贵金属基氧电催化剂成为近年来能源存储与转换领域的研究重点之一.在众多已经报道的非贵金属基氧电催化剂中,金属有机骨架材料(MOFs)备受瞩目.MOFs是一类由有机配体和金属节点通过配位键自组装而成的晶态多孔材料.它们具备超高比表面积、超高孔隙率以及规则性纳米孔道.相比较其他传统的多孔材料(比如活性炭、分子筛、介孔炭、介孔氧化硅等),MOFs最主要的优势在于它们的结构和功能可以依据需求通过选择合适的有机配体和金属节点进行便利地设计,或通过后处理进行必要的改性和调节.基于独特的多孔特性以及结构与功能的可设计、可调节性,MOFs在气体分离与存储、异相催化、化学传感、药物输送、环境保护以及能源存储与转化等领域都具有潜在的应用价值.因而,近年来,MOFs备受基础研究领域和工业界的青睐.针对MOFs开展的基础研究和应用开发逐渐成为诸多领域的研究焦点.也正由于MOFs具有的上述优异特性,尤其是结构与功能的可设计、可调节性,使得设计制备基于单纯MOFs以及MOFs衍生材料成为开发高效非贵金属基氧电催化剂的新途径.本综述首先论述了基于单纯MOFs的氧电催化剂(包括纯MOFs、活性物种修饰的MOFs以及与导电材料构成的复合MOFs)的合成以及它们在ORR或OER催化反应中应用的研究进展.在第二部分论述中,本综述主要针对MOFs衍生的各类氧电催化剂(包括无机微米-纳米结构/多孔碳复合材料、纯多孔碳材料、纯无机微米-纳米结构材料以及单原子型电催化材料)的研究进展进行了简要介绍和讨论.最后,本综述对MOFs基氧电催化剂目前存在的挑战进行了简要分析;同时,也对这类氧电催化剂的通用设计准则以及未来发展方向进行了展望.尽管存在诸多挑战,MOFs始终被认为是极好的"平台"材料.充分利用它们将有利于开发高效且实用的非贵金属基氧电催化剂.     

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。     

A Modulator‐Induced Defect‐Formation Strategy to Hierarchically Porous Metal–Organic Frameworks with High Stability

The pore size enlargement and structural stability have been recognized as two crucial targets, which are rarely achieved together, in the development of metal–organic frameworks (MOFs). Herein, we have developed a versatile modulator‐induced defect‐formation strategy, in the presence of monocarboxylic acid as a modulator and an insufficient amount of organic ligand, successfully realizing the controllable synthesis of hierarchically porous MOFs (HP‐MOFs) with high stability and tailorable pore characters. Remarkably, the integration of high stability and large mesoporous property enables these HP‐MOFs to be important porous platforms for applications involving large molecules, especially in catalysis.     

Recent Advances on Confining Noble Metal Nanoparticles Inside Metal-Organic Frameworks for Hydrogenation Reactions

Hydrogenation reaction is one of the pillars of the chemical industry for the synthesis of drugs and fine chemicals. To achieve high catalytic performance, it is still highly desirable for constructing novel supported metal catalysts. Different from conventional supports like metal oxides, zeolites and carbon materials, metal-organic frameworks(MOFs) as the emerging porous materials have Hexhibited great potential to host metal nanoparticles (NPs) for achieving hydrogenation reactions with high catalytic efficiency, due to their unique porous structures. Recently, many progresses have been made, and thus, it is necessary to summarize the recent progresses on confining metal NPs inside MOFs for hydrogenation reactions. In this review, we first introduced the general synthesis methods for confining noble metal NPs inside MOFs. Then, the applications of noble metal NPs/MOFs catalysts in hydrogenation reactions were summarized, and the synergistic catalytic performances among noble metal NPs, metal nodes, functional groups, and pore channels in MOFs were illustrated. Subsequently, the hydrogen spillover effect involved in the hydrogenation reactions was discussed. Finally, we provide an outlook on the future research directions and challenges of confining noble metal NPs inside MOFs for hydrogenation reactions.     

金属有机框架及其衍生的金属氧化物在电阻式气体传感器中的应用

高灵敏和选择性的气体传感器对于实时监测大气中有毒有害气体和早期的疾病诊断具有重要的意义。目前,传统的气敏材料仍然存在着许多问题亟待解决,例如：选择性差、检测极限不够低、使用寿命短等。作为一种多孔的配位聚合物,金属有机框架材料(MOFs)由于其超高的比表面积和较大的孔隙率在气体传感器领域已经得到广泛的应用。利用MOFs自身或者由它们衍生的不同纳米结构的金属氧化物可以提升气体传感器的灵敏度和选择性,为制备新型高性能的气体传感器提供了新的思路和方向。本文结合金属氧化物半导体(MOS)的气敏机理,综述了不同结构的MOFs及其衍生的金属氧化物在电阻式气体传感器领域的研究进展,并对其应用前景和发展方向作出了展望。     

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.     

核壳结构金属-有机骨架及其衍生物在锂离子电池负极材料中的应用

金属–有机框架(MOFs)材料具有比表面积较大、孔径可调、制备容易、结构与功能多样性等优势,被广泛应用于电化学能源转化与储存领域。其中独特的核壳结构材料由于表面修饰的作用往往更能表现出核内与壳层的协同作用。本文介绍了具有核壳结构MOFs作为锂离子电池负极材料的发展现状,并重点综述其衍生物(多孔碳材料、金属氧化物、金属硫/硒化物以及金属/金属氧化物)的制备方法以及在锂离子电池负极中的应用。MOFs通过高温煅烧或改变化学反应条件的方法,可制备出结构可调的传统无机电极材料并表现出更优异的电化学性能。最后总结了核壳结构MOFs材料作为锂电负极材料存在的问题和挑战,并提出可能的解决途径和未来的应用前景。     

Fabrication of Microporous Metal–Organic Frameworks in Uninterrupted Mesoporous Tunnels: Hierarchical Structure for Efficient Trypsin Immobilization and Stabilization

Hierarchically porous metal–organic frameworks (HP‐MOFs) are promising in various applications. Most reported HP‐MOFs are prepared based on the generation of mesopores in microporous frameworks, and the formed mesopores are connected by microporous channels, limiting the accessibility of mesopores for bulky molecules. A hierarchical structure is formed by constructing microporous MOFs in uninterrupted mesoporous tunnels. Using the confined space in as‐prepared mesoporous silica, highly dispersed metal precursors for MOFs are coated on the internal surface of mesoporous tunnels. Ligand vapor‐induced crystallization is employed to enable quantitative formation of MOFs in situ, in which sublimated ligands diffuse into mesoporous tunnels and react with metal precursors. The obtained hierarchically porous composites exhibit record‐high adsorption capacity for the bulky molecule trypsin. The thermal and storage stability of trypsin is improved upon immobilization on the composites.     

Electroactive Organic Building Blocks for the Chemical Design of Functional Porous Frameworks (MOFs and COFs) in Electronics

Electroactive organic molecules have received a lot of attention in the field of electronics because of their fascinating electronic properties, easy functionalization and potential low cost towards their implementation in electronic devices. In recent years, electroactive organic molecules have also emerged as promising building blocks for the design and construction of crystalline porous frameworks such as metal–organic frameworks (MOFs) and covalent-organic frameworks (COFs) for applications in electronics. Such porous materials present certain additional advantages such as, for example, an immense structural and functional versatility, combination of porosity with multiple electronic properties and the possibility of tuning their physical properties by post-synthetic modifications. In this Review, we summarize the main electroactive organic building blocks used in the past few years for the design and construction of functional porous materials (MOFs and COFs) for electronics with special emphasis on their electronic structure and function relationships. The different building blocks have been classified based on the electronic nature and main function of the resulting porous frameworks. The design and synthesis of novel electroactive organic molecules is encouraged towards the construction of functional porous frameworks exhibiting new functions and applications in electronics.     

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。     

2020 roadmap on pore materials for energy and environmental applications

Porous materials have attracted great attention in energy and environment applications, such as metal organic frameworks (MOFs), metal aerogels, carbon aerogels, porous metal oxides. These materials could be also hybridized with other materials into functional composites with superior properties. The high specific area of porous materials offer them the advantage as hosts to conduct catalytic and electrochemical reactions. On one hand, catalytic reactions include photocatalytic, photoelectrocatalytic and electrocatalytic reactions over some gases. On the other hand, they can be used as electrodes in various batteries, such as alkaline metal ion batteries and electrochemical capacitors. So far, both catalysis and batteries are extremely attractive topics. There are also many obstacles to overcome in the exploration of these porous materials. The research related to porous materials for energy and environment applications is at extremely active stage, and this has motivated us to contribute with a roadmap on ‘porous materials for energy and environment applications’.     

多孔有机骨架材料对顺式二醇化合物富集分离的研究进展

基于在碱性环境下硼酸能与顺式二醇化合物可逆共价结合形成稳定的五元或六元环酯,而在酸性环境下环酯开环释放顺式二醇化合物这一特性,设计合成高效、高选择性、高富集性能的硼亲和材料的研究备受关注。近年来,许多研究工作者合成了各种类型的硼亲和材料,应用于高选择性富集顺式二醇化合物。金属有机骨架(MOFs)和共价有机骨架(COFs)由于具有孔径可调、高孔隙率、高比表面积、骨架结构可调和化学及热稳定性良好等特点,被广泛应用于色谱分离和样品前处理领域。为赋予MOFs和COFs材料对顺式二醇化合物的富集选择性,各种不同结构和不同种类的硼酸修饰的MOFs和COFs被合成出来。该综述主要是对近几年来80余篇源于科学引文索引关于硼酸功能化MOFs和COFs的种类、合成方法及其应用文章的总结,包括“金属配体-片段共组装”“合成后修饰”和“自下而上”的硼酸功能化多孔材料的修饰策略,以及硼酸功能化MOFs和COFs的种类,介绍了其在化学分析和生物分析领域的发展概况和应用前景,客观评价了硼酸功能化MOFs和COFs的区别和优缺点。该文旨在让研究人员能够充分了解近几年硼酸功能化多孔有机骨架材料的研究现状、掌握合成思路和方法,为其应用提供一定的理论指导和技术支撑,为加快硼酸功能化多孔有机骨架材料的商业化脚步贡献绵薄之力。     

高稳定性金属有机骨架UiO-66的合成与应用

金属有机骨架(metal-organic frameworks,MOFs)是一种由金属中心与有机配体自组装而成的、具有三维网状有序孔结构的新型多孔晶体材料,其具有超高的比表面积、种类和结构多样性、可化学功能化等特点,在多个研究领域显示出了潜在的应用前景,已成为当前化学、材料学科的研究热点之一。 然而大多数MOFs材料的稳定性较差,极大地束缚了MOFs材料的发展。 以Zr为金属中心,对苯二甲酸为有机配体的UiO-66具有较好的热稳定性,结构可在500 ℃保持稳定,并且其还具有很高的耐酸性和一定的耐碱性,引起了人们的关注。 本文主要综述了UiO-66在合成调控、功能化合成和后改性方面的研究现状,以及其在吸附和催化等领域的应用前景。     

2020 roadmap on pore materials for energy and environmental applications

Porous materials have attracted great attention in energy and environment applications. In this roadmap, several porous materials are discussed for energy storage and conversion. It will help the researchers to obtain them guidance from it in future.     

Recent Advances of Metal-Organic Frameworks-based Nanozymes for Bio-applications

Artificial nanoenzymes with enzyme-like catalytic activity have gradually become an alternative to natural enzymes due to their low production cost, high stability, and good tolerance. In recent years, various enzyme mimics have emerged with the rapid development of nano-teclnology. Metal-organic frameworks(MOFs) are a novel class of porous inorganic-organic hybrid materials made from metal ions/clusters and organic ligands, and MOFs-based nanozymes show great prospect in biosensing, biocatalysis, biomedical imaging, and therapeutic applications, due to unique properties, such as high specific surface area, high porosity, tunable morphology, and excellent biocatalytic properties. In this paper, the recent progresses concerning MOFs-based nanozymes are systematically summarized, including the synthesis, design strategies and related applications, which are divided into two major categories, namely, MOFs structured nanoenzymes and MOFs composite structured nanoenzymes. Meanwhile, the applications of various classifications of MOFs research are introduced. At the end, current challenges and future perspectives of MOFs-based nanozymes are also discussed. It is highly expected that this review on this important area can provide a meaningful guidance for tumor therapy, biosensing and other aspects.     

金属-有机骨架材料用于废水处理

废水中的各种有害物质常常具有生物毒性或致癌性,因此如何高效、节能地处理水体污染是一个亟待解决的重要问题。金属-有机骨架材料(metal-organic frameworks, MOFs)是一种新型纳米多孔材料,具有种类多样性、结构可设计性与可调控性、高比表面积及良好的热稳定性等优点,已成为当前化学、材料学科的一个研究热点, 在多个领域显示出潜在的应用前景,尤其是在分离方面。与气相分离相比,MOFs用于液相分离的研究较少。本文综述了近年来MOFs用于含有染料、药物、醇、芳香族化合物、重金属离子及其他离子的废水处理的研究进展,重点剖析了MOFs的孔结构、骨架电荷及功能性对分离效果的影响,并结合本课题组的研究工作,对这种新型多功能材料在水处理方面的前景和今后的研究重点作了展望。