功能金屬有機骨架材料

功能金屬有機骨架材料2023/2/232/15概述改性研究目錄展望3/15無機孔材料MFI、FAU、LTA、AFI全硅、硅鋁、類分子篩無機有機雜化材料金屬有機骨架化合物（MOFs）ZIFs，

MILs，

JUCs…有機孔材料COFs,PIPs,PAFs…

規(guī)則孔材料概述

在20世紀末之前，多孔材料一般分為兩種類型：無機材料和碳質(zhì)材料，無機材料中以沸石分子篩為代表，全球經(jīng)濟很大程度上依賴于該材料在諸多工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用，而活性炭作為碳質(zhì)人造材料，是在1900年和1901年后才發(fā)現(xiàn)的，因其優(yōu)良的吸附除臭功能使得在20世紀的后半葉，環(huán)保產(chǎn)業(yè)成為活性炭應(yīng)用的大戶。4/155/15現(xiàn)代工業(yè)中常見的無機多空材料：多空泡沫（泡沫鎳，泡沫鋁等）、多空玻璃、泡沫陶瓷等。6/15無機孔材料MFI、FAU、LTA、AFI全硅、硅鋁、類分子篩無機有機雜化材料金屬有機骨架化合物（MOFs）ZIFs，

MILs，

JUCs…有機孔材料COFs,PIPs,PAFs…

規(guī)則孔材料7/15

1995年，第一個被命名為金屬有機骨架(Metal–OrganicFrameworks，MOFs)的材料由YaghiOM研發(fā)出來的，具有二維結(jié)構(gòu)的配位化合物，由剛性的有機配體均苯三甲酸與過渡金屬Co合成。1999年，YaghiOM在原有的基礎(chǔ)上進行改進，以剛性有機配體對苯二甲酸和過渡金屬Zn合成的具有簡單立方結(jié)構(gòu)的三維MOF材料——MOF-5。2002年，Yaghi又以MOF-5為原型，改變MOF-5的有機聯(lián)結(jié)體得到一系列具有與MOF-5類似結(jié)構(gòu)的微孔金屬有機配合物IRMOF材料，如：IRMOF-8、IRMOF-11和IRMOF-18，實現(xiàn)了從晶態(tài)微孔材料到晶體介孔材料的跨越。

2004年，Yaghi研究小組又選擇了均苯三甲酸進行拓展，以4,4',4'-均苯三苯甲酸和過渡金屬Zn成功地構(gòu)筑了具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的MOF材料——MOF-117。2004年和2005年，法國Férey研究小組在《德國應(yīng)用化學(xué)》和Science雜志上相繼報道了兩個具有超大孔特征的類分子篩型MOFs材料——MIL-100和MIL-101。

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2006年，Yaghi研究小組利用咪唑類配位聚合物的M–IM–M角度與分子篩材料中Si–O–Si鍵角相似(145度左右)，并以過渡金屬Zn或Co取代硅鋁分子篩中四面體的Si或Al，合成出了十二種類分子篩咪唑骨架(ZeoliticImidazolateFrameworks，ZIFs)材料。2010年，又在Science雜志上提出了一個新的概念——多變功能化金屬有機骨架(MVT-MOFs)材料，即在同一個晶體結(jié)構(gòu)的孔道表面同時修飾上不同種類功能團的MOFs材料，并報道了十八種MVT-MOF-5材料。9/15應(yīng)用10/15在石油化工、精細化工、日用化工等領(lǐng)域發(fā)揮著極其重要的作用多孔材料的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域分子分離催化氣體吸附能源領(lǐng)域面臨的問題石油價格的上升以及化石能源的幾近枯竭；CO2排放的增加導(dǎo)致全球氣候劇烈變化。USPrimaryEnergyConsumptionbySource,2008EnergyInformationAdministration,AnnualEnergyReview,200811/15低能耗分離：

氣體，

有機小分子等儲能：

氫氣，天然氣，

二氧化碳等12/15氣體分離現(xiàn)實：大型設(shè)備：耗能空分，

氫氣提純分離13/1514/15

MOFs材料發(fā)展了20余年，從無到有，已經(jīng)在能源氣體的分離、純化、捕集、貯存，選擇性催化，藥物輸送，光電磁材料以及主–客體化學(xué)等領(lǐng)域上嶄露頭角，但是畢竟發(fā)展的時間過短，相對于傳統(tǒng)的多孔材料的工業(yè)應(yīng)用還差得遠，許多問題亟需解決，如：如何根據(jù)需要定向設(shè)計合成功能性MOFs材料，如何合成穩(wěn)定的金屬有機骨架材料，如何產(chǎn)生更多具有實際應(yīng)用價值的功能材料，且至今仍沒有一種MOF材料能完全滿足工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用的要求，不是因為缺乏水熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性，就是因為在實際應(yīng)用環(huán)境中的性能不夠完美。因此在工業(yè)應(yīng)用中的性能及其發(fā)展的工業(yè)合成方法的研究，將為科學(xué)家的另一個挑戰(zhàn)。任何一個新興的材料在發(fā)展過程中都會遇到阻力，而突破一個又一個的難