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MOF合成与功能应用 卢磊磊、周宇、刘恒劼 徐海群、周玉晓、胡应立、钱飞进 MOF简介 Metal Organic Framework 主要特点： 1）结晶本性——结构可确定、 孔均一性 2）可设计的丰富的结构类型 3）可调节的化学多功能性 4）低密度、永久孔洞、超高 的比表面积 5）可功能化的孔空间 MOF合成 丰富多变的可设 计配体： 含羧基配体 含氮配体 不同功能的金属 离子 MOF合成 配位化学——软硬酸碱规则构筑稳定MOF Dawei Feng, Hong-Cai Zhou,* et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 10307 PCN ― Porous Coordination Network 稳定MOF简介 MIL-101系列 ZIF-8系列 PCN-222系列 稳定MOF简介 G. Férey,et al. Science 2005, 309, 2040-2042 MIL-101 对各种溶剂稳定，中性、酸性条件下水稳定。 MIL ― Material Institut Lavoisier 稳定MOF简介 ZIF-8 Zeolitic Imidazolate Frameworks Omar M. Yaghi*,et al. PNAS, 2006, 103, 10186 –10191 稳定MOF简介 稳定的PCN-22X系列MOF MOF功能应用 主要应用： 气体储存与分离 催化 传感 作为载体或模板构筑新材料 药物运输 气体吸附、储存与分离 目前常压储氢记录： 吸附焓：3~10 kJ/mol太低，导致常温储氢能力弱。 吸附作用位点：不饱和金属配位中心，苯环等。 Krautscheid H. et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 10344. 气体吸附、储存与分离 CH4储存 Yang Peng, Omar K. Farha,* Taner Yildirim,* et al. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 11887. 气体吸附、储存与分离 CO2选择吸附与分离 气体吸附、储存与分离 CO2选择吸附与分离 MOF的催化应用 Satoshi Horike，Jeffrey R. Long*.J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 5854–5855 Orange, green, gray, and blue spheres represent Mn, Cl, C, and N atoms Mn3[(Mn4Cl)3(BTT)8(CH3OH)10]2 (1; H3BTT ) 1,3,5-benzenetristetrazol-5-yl) 反应活性中心为配位不饱和的Mn2+ I和Mn2+ II位（lewis酸性位点） 尺寸选择效应：增大反应物分子，活性降低，说明反应发生在孔内 硅氰化反应 构件纳米复合材料 直接碳化，形成多孔碳材料 利用MOF孔洞形成碳纳米管 构件纳米复合材料 作为模板合成金属氧化物 总结 合作前景： MOFs的合成与性能研究是多学科交叉的前沿研究，其内容涉及无机化学、材料化学、有机化学以及物理化学等多个学科与领域。 应用广泛： 气体储存与分离、催化、传感、作为载体或模板等,有着广阔的应用前景。