MOFs金屬有機材料的制備與應(yīng)用

金屬-有機骨架材料（MOFs）

——多孔材料家族的新成員SeminarⅠ現(xiàn)在是1頁\一共有22頁\編輯于星期一2MOFs材料簡介制備方法應(yīng)用領(lǐng)域小結(jié)與展望參考文獻目錄

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五現(xiàn)在是2頁\一共有22頁\編輯于星期一MOFs材料簡介20世紀90年代中期，第一代MOFs材料被合成出來孔徑和穩(wěn)定性受到一定限制1999年，Yaghi等人合成具有三維開放骨架結(jié)構(gòu)的MOF-5去除孔道中的客體分子后仍然保持骨架完整2002年，Yaghi科研組合成IRMOF系列材料實現(xiàn)MOF材料從微孔到介孔的成功過渡2008年，Yaghi研究組合成出上百種ZIF系列類分子篩材料金屬離子有機配體配位自組裝周期性網(wǎng)狀骨架的多孔材料現(xiàn)在是3頁\一共有22頁\編輯于星期一4MOFs材料簡介比表面積大孔道可調(diào)控可功能化氣體儲存吸附分離催化光學(xué)材料磁性材料藥物傳輸……現(xiàn)在是4頁\一共有22頁\編輯于星期一制備方法5現(xiàn)在是5頁\一共有22頁\編輯于星期一制備方法——原位溶劑熱法自組裝膜修飾基底Hermes,S.etal.J.Am.Chem.Soc.2005,127,13744-13745設(shè)備簡單對合成條件敏感自組裝層影響膜性能基底Au自組裝膜MOF-5現(xiàn)在是6頁\一共有22頁\編輯于星期一制備方法——晶種法把晶體的成核和生長過程分離開→更好地控制晶體的生長和膜的微結(jié)構(gòu)Liu,Y.,etal.J.Membr.Sci.2011,379,46-51.現(xiàn)在是7頁\一共有22頁\編輯于星期一制備方法——晶種法8Falcaro,P.etal.Nat.Commun.,2011,2,237.MOF晶種——α-磷鋅礦晶體合成晶膜制備三維表面成膜選擇性催化功能化α-磷鋅礦具有促使MOF-5成核的特殊功能現(xiàn)在是8頁\一共有22頁\編輯于星期一制備方法——微波法9Yoo,Y.etal.MicroporousMesoporousMater.,2009,123,100-106Yoo,Y.etal.Chem.Commun.,2008,21,2441-2443微波快速結(jié)晶溶劑熱二次生長微波法30s微波輔助快速晶種法節(jié)約制備時間晶體顆粒較小現(xiàn)在是9頁\一共有22頁\編輯于星期一制備方法——分層法10Shekhah,O.Materials,2010,3,1302–1315Shekhah,O.etal.Nat.Mater.,2009,8,481-484高度有序、均勻、平整的MOF膜實現(xiàn)晶體的高度取向性合成其他方法無法得到的MOF結(jié)構(gòu)分層法圖解現(xiàn)在是10頁\一共有22頁\編輯于星期一11應(yīng)用領(lǐng)域——氣體儲存11氫氣二氧化碳甲烷突破DOE儲氫目標：7.5wt.%Furukawa,H.etal.J.Materi.Chem.,2007,17,3197-3204Gassensmith,J.J.etal.J.Am.Chem.Soc.,2011,133,15312–15315;Ma,S.etal.J.Am.Chem.Soc.2008,130,1012-1016超過DOE室溫體積CH4儲存目標（180v/v）28%CO2MOF-177CD-MOF-2PCN-14現(xiàn)在是11頁\一共有22頁\編輯于星期一應(yīng)用領(lǐng)域——吸附分離12Liu,X.-L.etal.Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,1-5ZIF-8吸附異丁醇過程中的“gate-opening”效應(yīng)+表面超疏水性→優(yōu)先透過醇類大分子而阻止水分子的高性能ZIF-8納米復(fù)合膜分離系數(shù)：34.9-40.1透量：6.4-8.6kgh-1m-2現(xiàn)在是12頁\一共有22頁\編輯于星期一應(yīng)用領(lǐng)域——催化13方法特點利用骨架自身活性位MOF中的活性金屬位或活性結(jié)構(gòu)模塊，可直接作為催化劑使用，但該法易導(dǎo)致骨架坍塌引入活性物質(zhì)合成過程中引入具有催化活性的金屬納米粒子，即將MOF作為一種高比表面積的載體使用后合成法先合成MOF材料，再向MOF中引入活性基團或者活性物質(zhì)在MOF中構(gòu)建特殊催化位點的方法現(xiàn)在是13頁\一共有22頁\編輯于星期一應(yīng)用領(lǐng)域——催化14Wang,C.etal.J.Am.Chem.Soc.2011,133,13445-13454催化劑TOF（h-1）MOF14.8MOF21.9MOF30.4轉(zhuǎn)化率（%）MOF5MOF6Ar=H5986Ar=Br6268Ar=OCH39697光催化劑TOF（h-1）MOF-40.8水氧化和光催化劑MOFUiO-67Ir、Re或Ru的復(fù)合物分子催化與MOF材料相結(jié)合為光催化提供一種新的異相催化劑現(xiàn)在是14頁\一共有22頁\編輯于星期一應(yīng)用領(lǐng)域——發(fā)光材料15選擇合適的配體或金屬離子，可使MOFs具有發(fā)光性能生色團溶劑不同→結(jié)構(gòu)不同→熒光性不同Bauer,C.A.etal.J.Am.Chem.Soc.,2007,129,7136現(xiàn)在是15頁\一共有22頁\編輯于星期一應(yīng)用領(lǐng)域——其他磁性材料順磁性、反磁性傳感器客體影響MOFs光學(xué)和磁學(xué)性能藥物傳輸藥物包埋→孔口修飾官能團→在不同的外界條件下打開或關(guān)閉孔口→藥物控制釋放……16現(xiàn)在是16頁\一共有22頁\編輯于星期一總結(jié)及展望17功能化材料MOFS晶體尺寸、形狀和取向的可控生長高質(zhì)量連續(xù)生長、均相無缺陷的MOFs膜不同領(lǐng)域的科學(xué)家相互合作開發(fā)MOF的綜合性能現(xiàn)在是17頁\一共有22頁\編輯于星期一參考文獻1.C.Wang,Z.Xie,K.E.deKrafftetal.DopingMetalOrganicFrameworksforWaterOxidation,CarbonDioxideReduction,andOrganicPhotocatalysis.J.Am.Chem.Soc.2011,133,13445-134542.J.J.Gassensmith,H.Furukawa,R.A.Smaldoneetal.StrongandReversibleBindingofCarbonDioxideinaGreenMetalOrganicFramework.J.Am.Chem.Soc.,2011,133,15312-153153.P.Falcaro,A.J.Hill,K.M.Nnairnetal.Anewmethodtopositionandfunctionalizemetal-organicframeworkcrystals.Nat.Commun.,2011,2,237-2444.X.-L.Liu,Y.-S.Li,G.-Q.Zhuetal.AnOrganophilicPervaporationMembraneDerivedfromMetal–OrganicFrameworkNanoparticlesforEfficientRecoveryofBio-Alcohols.Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,1-55.Y.Liu,G.Zeng,Y.Panetal.Synthesisofhighlyc-orientedZIF-69membranesbysecondarygrowthandtheirgaspermeationproperties.J.Membr.Sci.,2011.379,46-516.O.Shekhah,Layer-by-LayerMethodfortheSynthesisandGrowthofSurfaceMountedMetal-OrganicFrameworks(SURMOFs).Materials,2010,3,1302–13157.O.Shekhah,H.Wang,M.Paradinasetal.Controllinginterpenetrationinmetal–organicframeworksbyliquid-phaseepitaxy.Nat.Mater.,2009,8,481-4848.Y.Yoo,Z.Lai,andH.-K.Jeong,FabricationofMOF-5membranesusingmicrowave-inducedrapidseedingandsolvothermalsecondarygrowth.MicroporousMesoporousMateri.,2009,123,100-1069.S.Ma,D.Sun,D.M.Simmonsetal.Metal-OrganicFrameworkfromanAnthraceneDerivativeContainingNanoscopicCagesExhibitingHighMethaneUptake.J.Am.Chem.Soc.2008,130,1012-101618現(xiàn)在是18頁\一共有22頁\編輯于星期一參考文獻10.Y.Yoo,andH.-K.Jeong,Rapidfabricationofmetalorganicframeworkthinfilmsusingmicrowave-inducedthermaldeposition.Chem.Commun.,2008,21,2441-244311.C.A.Bauer,T.V.Timofeeva,T.B.Settersten,B.D.Patterson,V.H.Liu,B.A.Simmons,M.D.Allendorf.InfluenceofConnectivityandPorosityonLigand-BasedLuminescenceinZincMetal-OrganicFrameworks.J.Am.Chem.Soc.129(2007)7136.12.H.Furukawa,M.A.Miller,andO.M.Yaghi,IndependentverificationofthesaturationhydrogenuptakeinMOF-177andestablishmentofabenchmarkforhydrogenadsorptioninmetal-organicframeworks.J.Materi.Chem.,2007,17,3197-320413.S.Hermes,F.Schr?der,R.Chelmowskietal.SelectiveNucleationandGrowthofMetal-OrganicOpenFrameworkThinFilmsonPatternedCOOH/CF3-TerminatedSelf-AssembledMonolay