《金属有机骨架材料》课件.pptVIP

金属有机骨架材料金属有机骨架材料（MOFs）是一类由金属离子或金属簇与有机配体通过配位键自组装形成的新型多孔晶体材料。它们具有高比表面积、可调控的孔径和多样化的结构类型等特点，在气体储存与分离、催化、传感、药物释放等领域具有广阔的应用前景。

什么是金属有机骨架材料(MOFs)?定义金属有机骨架材料(MOFs)是一类由金属离子或金属簇与有机配体通过配位键连接形成的多孔晶体材料。它们结合了无机材料和有机材料的优点，具有独特的结构和性能。特点MOFs的特点包括高比表面积、可调控的孔径、多样化的结构类型以及良好的化学稳定性和热稳定性。这些特点使得MOFs在众多领域具有广泛的应用潜力。

MOFs的组成单元金属节点金属离子或金属簇，作为骨架的连接点，决定了MOFs的结构和性质。有机配体有机连接体，连接金属节点，形成MOFs的孔道结构，调控孔径大小和功能。

金属离子/簇1常见的金属离子包括Cu、Zn、Fe、Zr、Ti等，不同的金属离子具有不同的配位能力和氧化还原性质。2金属簇由多个金属离子组成的簇，如Cu2(COO)4、Zr6O4(OH)4等，可以提高MOFs的稳定性和功能性。

有机连接体刚性配体如苯二甲酸(BDC)、三苯甲酸(BTC)等，可以形成具有高稳定性和高孔隙率的MOFs。柔性配体如二羧酸、多胺等，可以形成具有动态结构和响应性的MOFs。

MOFs的结构特点周期性结构由金属节点和有机配体按一定规律排列形成的三维周期性网络结构。孔道结构具有纳米尺度的孔道，可以容纳气体、液体和固体分子。可调控性通过选择不同的金属离子和有机配体，可以调控MOFs的结构和性质。

高比表面积定义MOFs具有极高的比表面积，通常在1000m2/g以上，有些甚至超过7000m2/g。这意味着MOFs具有巨大的吸附能力。应用高比表面积使得MOFs在气体储存、分离、催化等领域具有显著优势。例如，可以用来储存氢气、二氧化碳等气体。

可调控的孔径孔径范围MOFs的孔径可以在0.3nm到10nm范围内调控，满足不同分子的吸附和分离需求。1调控方法通过选择不同尺寸的有机配体和金属簇，可以精确调控MOFs的孔径大小。2

多样化的结构类型立方结构具有立方对称性的MOFs结构，如MOF-5。八面体结构具有八面体对称性的MOFs结构，如MIL-101。金刚石结构具有金刚石结构的MOFs，如ZIF-8。

MOFs的合成方法1水热/溶剂热法在高温高压下，将金属盐和有机配体溶解在水中或有机溶剂中，通过自组装形成MOFs晶体。2微波法利用微波辐射加速MOFs的合成过程，具有快速、高效的优点。3电化学法通过电化学反应控制金属离子的释放和配位，实现MOFs的可控合成。4机械化学法利用机械力引发化学反应，实现MOFs的固相合成，具有环保、节能的优点。

水热/溶剂热法原理在密闭的反应釜中，将金属盐和有机配体溶解在水中或有机溶剂中，在高温高压下反应，形成MOFs晶体。优点可以合成高结晶度的MOFs，且易于控制反应条件。适用于合成多种类型的MOFs。缺点反应时间较长，能耗较高。有些有机溶剂具有毒性，对环境不友好。

微波法原理利用微波辐射加热反应物，加速金属离子与有机配体的配位过程，快速合成MOFs晶体。优点反应时间短，能耗低，晶体尺寸小。可以实现MOFs的快速、高效合成。缺点难以控制晶体的尺寸和形貌。微波加热可能导致反应物分解。

电化学法原理通过电化学反应控制金属离子的释放和配位过程，在电极表面或溶液中合成MOFs薄膜或晶体。优点可以实现MOFs的可控合成，得到具有特定形貌和取向的MOFs材料。易于实现自动化控制。缺点合成过程复杂，电极材料的选择对MOFs的性能有影响。产率较低，不适合大规模生产。

机械化学法1原理利用机械力引发化学反应，将金属盐和有机配体在固相条件下混合研磨，实现MOFs的合成。2优点无需溶剂，环保、节能。反应时间短，操作简单。适用于合成对溶剂敏感的MOFs。3缺点产物结晶度较低，难以得到高纯度的MOFs材料。机械力对MOFs的结构有影响。

MOFs的应用领域气体储存与分离利用MOFs的高比表面积和可调控的孔径，实现氢气、二氧化碳、甲烷等气体的储存与分离。1催化将金属离子或纳米颗粒负载在MOFs的孔道中，构建高效催化剂，用于有机反应、光催化等领域。2传感利用MOFs对特定气体、离子或分子的选择性吸附，构建高灵敏度的化学传感器和生物传感器。3药物释放将药物分子负载在MOFs的孔道中，通过控制MOFs的降解或响应，实现药物的缓释或靶向释放。4

MOFs在气体储存与分离中的应用气体储存MOFs的高比表面积和可调