金属有机骨架材料(MOF)的分类介绍.ppt

金属-有机骨架材料（MOF）的分类 及其在计算化学的发展和前景 李鹏 李芳 2018-10-28 Content A.常见的金属-有机骨架材料分类及其特点 B.MOF材料的计算化学研究方法及应用 C.MOF材料应用的前景 A.常见的金属-有机骨架材料分类 a. IRMOF系列材料(Isoreticular Metal-Organic Framework) b. ZIF系列材料(Zeolitic imidazolate framework) c. CPL系列材料(Coordination Pillared-Layer) d. MIL系列材料(Materials of Institut Lavoisier) e. PCN系列材料(Porous Coordination Network) f. UiO系列材料(University of Oslo) 通过使用含更长的二羧酸配体反应物，IRMOF系列化合物的孔道尺寸可以增大到28.8Å，孔隙率从55.8%增大到91.1%，大大超过了沸石的孔隙率。 IRMOF材料 用于合成IRMOF系列材料的不同配体 IRMOF是由分离的次级结构单元[Zn4O]6+无机基团与一系列芳香羧酸配体，以八面体形式桥连自组装而成的微孔晶体材料。 Mohamed Eddaoudi, Jaheon Kim, Nathaniel Rosi,David Vodak, Joseph Wachter, Michael O’Keeffe, Omar M. Yaghi*. Systematic Design of Pore Size and Functionality in Isoreticular MOFs and Their Application in Methane Storage. Science, 2003, 300, 1127 ZIF材料 ZIF，即类沸石咪唑酯骨架材料，是利用Zn(Ⅱ)或Co(Ⅱ)与咪唑配体反应，合成出的类沸石结构的MOF材料。 Bo Wang, Adrien P. Coˆte´, Hiroyasu Furukawa, Michael O’Keeffe Omar M. Yaghi. Nature, 2008,(453)207. ANH PHAN, CHRISTIAN J. DOONAN,FERNANDO J. URIBE-ROMO, CAROLYN B. KNOBLER,MICHAEL O’KEEFFE, AND OMAR M. YAGHI*. ACCOUNTS OF CHEMICAL RESEARCH. 2010(43).58-67. CPL系列材料 CPL材料的结构由六配位金属元素与中性的含氮杂环类的2,2’-联吡啶、4,4’-联吡啶、苯酚等配体配位而成。其中的四个配位位置是金属和吡嗪类羧酸配体链接而成的二维平面结构，剩下的两个位置是金属与线形二齿有机配体配位形成。 Angew. Chem. Int. Ed. 1999, 38, No. 1-2,140-143 Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 120, 3978 –3982 MIL系列材料 MIL材料是使用不同的过渡金属元素和琥珀酸、戊二酸等二羧酸配体合成。 其最大的一个特点就是在外界因素的刺激下，材料结构会在大孔和窄孔两种形态之间转变，即呼吸现象。 PCN材料 PCN系列材料含有多个立方八面体纳米孔笼，并在空间上形成孔笼-孔道状拓扑结构。这种材料在气体存储方面有巨大潜力。 J. AM. CHEM. SOC. 2008, 130, 1012-1016 UiO系列材料 UiO材料由含Zr（锆）的正八面体[Zr6O4(OH)4]与12个对苯二甲酸(BDC)有机配体相连，形成包含八面体中心孔笼和八个四面体角笼的三维微孔结构。 J. AM. CHEM. SOC. 2008, 130, 13850–13851 Chem. Commun., 2011,47, 9603–9605 B.MOF材料的计算化学研究方法及应用 量子力学方法 分子模拟方法 分子力学方法 第一性原理方法、密度泛函理论 蒙特卡罗方法、分子动力学方法 Experimental−Computational combination The methane molecule using the Transferable Potentials for Phase Equilibria United Atom (TraPPE-UA) force field, in which CH4 is modeled as a single, uncharged LJ sphere located on the carbon atom. For the ZIF atoms, w