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金属有机框架物简介

2022-10-01 来源:易榕旅网
金属-有机框架化合物简介

金属-有机框架化合物(Metal-Organic Frameworks,MOFs)通常是指以有机配体为连接体(linkers)和以金属离子或簇为节点(nodes),通过配位键组装形成的具有周期性结构的配位化合物。由于MOFs材料在荧光、催化、气体吸附与分离、质子导体、药物运输等方面具有潜在的应用价值,近十几年来,发展非常迅速,大量结构新颖的MOFs被不断的设计合成出来。随着现代配位化学和晶体工程的发展,MOFs之间的键合作用已经不再仅局限于配位键作用,还囊括了其他作用力,比如:氢键作用,范德华力,芳香环之间的π-π作用等。这些丰富的作用力使得MOFs结构和功能更加多元化、复杂化。近几年来,计算机技术和仿真技术被应用到MOFs的研究中,在它们的帮助下,越来越多的新型MOFs材料不断的被合成出来。

与传统的多孔材料相比,MOFs材料的优势在于结构和功能的可设计性和调控性。在理想情况下,通过合理设计配体和选择金属离子构筑的次级构建单元(SBUs),就可以合成目标结构和功能的MOFs。虽然,目前每年有很多结构新颖性能特别的MOFs被合成报道,然而,在很多情况下,看似合理的设计,却很难实现。这与MOFs的自主装过程有关。在MOFs的合成过程中,除了配体和金属离子的影响外,还有其他的影响因素,比如:反应温度、溶剂、pH值、压力、配体和金属盐的比例与浓度等,每一个反应条件的改变,都有可能影响MOFs的自主装过程,从而影响MOFs的结构,进而可能影响MOFs的性能。

总之,在通常情况下,根据金属离子构筑的SBUs和有机配体的几何构型可以预测MOFs最终的框架结构。例如:平面方格结构可以通过4-连接平面构型SBU和直线型2-连接配体形成,如:MOF-118;类金刚石结构则可以通过四面体构型的4-连接SBU和直线型2-连接配体形成;立方结构框架则可以通过6-连接的SBU和直线型2-连接配体形成,如:MOF-5;Td八面体结构可以通过3-连接配体和轮桨状的4-连接SBU构筑,如:HKUST-1 (Figure1.1)。

Figure 1.1 Graphical illustration of the construction of some representative coordination polymers/MOFs from SBUs and rigid linkers.

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