一、金属有机骨架简介

一、金属有机骨架简介 • 金属一有机骨架材料(metal-organic framework，MOF)通常是指无机的金属中心（金属离子或金属簇）与桥连的有机配体通过自组装相互连接，形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料。

二、有机金属骨架的设计 • 包括结构的设计和功能化的设计。

策略一：结构设计 • MOFs材料结构主要由两个部分组成：金属中心和有机配体，分别扮演着节点（Joints）和支柱（Struts）的作用。由此，可以通过对这两个组成元素的设计来实现对整个结构的设计。

MOF-5，IRMOFs，MIL-100，PCN-14 材料等等都基于羧酸类有机配体 • 随着 ZIFs 系列材料的报道，咪唑类有机配体也得到了广泛关注，和羧基相比较，咪唑的 N 配位模式比较单一，进而对目标结构的设计可控性更高 • 采用混合配体也是构筑新颖结构的常用策略。如Eddaoudi研究小组合成 ZMOF 材料时常用的有机配体就同时还有羧基和氮两种不同的配位官能团，如 4,5-咪唑二甲酸，2-嘧啶羧酸，4,6–嘧啶二甲酸等，他们利用这些“混合型”有机配体合成了一系列具有分子筛拓扑结构的 MOFs 材料。

对骨架节点的设计大致有两种情况：以单一金属或者多金属为节点。对骨架节点的设计大致有两种情况：以单一金属或者多金属为节点。 • 当以单一金属作为骨架节点时，则可以根据不同金属自身典型的配位构型，有目的地去选择节点金属，对于MOFs材料而言，金属中心的选择范围非常广泛。 • 当以多金属作为骨架节点时，则需要通过对此结构基元的设计来完成，对于金属簇而言，比单一金属作为节点时，设计难度要大很多，金属原子个数越多，可控性越低，设计难度越大。

策略二：功能化设计 • “前功能化”是先根据需要对有机配体进行官能团修饰，然后选择合适的合成条件，构筑所需要的目标结构框架，从而把所需的功能基团引入到材料结构中，这种方法对合成条件的控制要求比较高，因为修饰上的有机官能团有可能会在合成过程中影响目标结构。 • “后合成”直接把目标结构作为载体，进行原位有机反应，从而在材料中引入所需的功能团，根据反应位置的不同可以分为金属中心的修饰和有机配体的修饰。

三、合成方法 • MOFs的合成过程类似于有机物的聚合，以单一的步骤进行。文献中报道的MOFs的合成方法主要有分层扩散法、水热（溶剂热）法和搅拌合成法。

例如：MOF-5的合成 • 一般采用水热（溶解热）法 • 量取 40mL 预先经4A 分子筛除水的 N’ N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂，加入到 200mL 圆底烧瓶中，通入 Ar(流80mL/min)60min 将溶液中所溶解的氧气充分排出；然后，将一定Zn(NO3)·6H2O 和1, 4-苯二甲酸(H2BDC)溶于除气后的 DMF 溶剂中轻轻摇晃至溶解均匀；待完全溶解后，再将溶液移入 100mL 玻璃容器加盖密封恒温油浴中反应一定时间。待反应完毕后，将玻璃容器从油浴中取出，置于空气中自然冷却至室温；将反应所得的晶体滤出后DMF反复冲洗，溶解除去未反应的锌离子和 H2BDC；最后，将析出的晶体浸于 50mL 氯仿中，三天后滤出，90°C 下烘干备用。

四、金属有机骨架材料的影响因素 • 影响MOFs材料的合成因素很多，包括金属中心、有机配体、反应溶剂、合成温度、反应溶液的pH值等等

五、应用 • 气体储存气体的吸附和分离

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