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有机金属框架质料MOFs与其生长历程中的经典之作“”

  • 产品时间:2022-07-21 09:53
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简要描述:20世纪90年月,美国Yaghi研究团队和日本Kitagawa研究团队乐成合成了一种纳米多孔质料:“金属有机框架质料(Metal Organic Frameworks,MOFs)”,这是一种由有机配体和无机金属离子或者团簇通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙的有机-无机杂化质料,是一类具有周期性网络结构的晶态多孔质料,它既差别于无机多孔质料,也差别于一般的有机配合物,而是同时具有无机质料的刚性和有机质料的柔性特征,这使得其作为一种新型质料迅速成为质料领域的研究热点和前沿,在...

详细介绍
本文摘要:20世纪90年月,美国Yaghi研究团队和日本Kitagawa研究团队乐成合成了一种纳米多孔质料:“金属有机框架质料(Metal Organic Frameworks,MOFs)”,这是一种由有机配体和无机金属离子或者团簇通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙的有机-无机杂化质料,是一类具有周期性网络结构的晶态多孔质料,它既差别于无机多孔质料,也差别于一般的有机配合物,而是同时具有无机质料的刚性和有机质料的柔性特征,这使得其作为一种新型质料迅速成为质料领域的研究热点和前沿,在

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20世纪90年月,美国Yaghi研究团队和日本Kitagawa研究团队乐成合成了一种纳米多孔质料:“金属有机框架质料(Metal Organic Frameworks,MOFs)”,这是一种由有机配体和无机金属离子或者团簇通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙的有机-无机杂化质料,是一类具有周期性网络结构的晶态多孔质料,它既差别于无机多孔质料,也差别于一般的有机配合物,而是同时具有无机质料的刚性和有机质料的柔性特征,这使得其作为一种新型质料迅速成为质料领域的研究热点和前沿,在接下来的二十年内以惊人的速度生长,种种MOFs相继被开发出来。研究人员通过改变有机配体和金属离子的种类与配比,乐成合成上万种差别形态和特征的MOFs。此外,由于这些MOFs具有孔隙率和比外貌积较大、孔尺寸可调、具有仿生催化和生物相容性等特点,随后被广泛应用于种种研究领域,催化,气体吸附,光学成像,载药诊疗等偏向都有MOFs的身影,无疑确定了MOFs在质料领域的明星职位。

图1:MOF-5结构在MOFs的生长历程中,有几类产物是该家族中里程碑式的杰作。1999年,Yaghi研究团队首次在《Nature》上报道了**的具有三维多孔结构的M0F-5[1]。在这个事情中,研究人员先容了MOF-5的氮气吸附性能,这一创新的发现无疑将MOFs的新功效开发出来,将人们还尚停留在金属框架质料的新奇认知拓展到优异的气体吸附性与稳定性。

于是,科研人员愈发地认识到MOF-5以及相应改性的MOFs在气体吸附方面的重要作用与意义,越来越多的事情也开始着手于此。MOF-5真正意义上将该类质料从合成转向了应用,实现了质的跨越和进步。图2:A,MIL-100的结构示意图与框架 B,MIL-101的结构示意图与框架2004和2005年,法国凡尔赛大学 Gerard Ferey研究团队在《Angewandte Chemie International Edition》和《Science》上先后报道了两个具有超大孔特征的类分子筛型MOF,MIL-100[2]和MIL-101[3]。

这两种MOF划分以通例的有机配体1,3,5-三羧酸苯(BTC)和对苯二甲酸(BDC)与Cr3+构筑了具有超大笼MTN型分子筛拓扑结构的MOF,它们都具有两种介孔笼,尺寸划分为25Å、29Å和29Å、34Å,相应比外貌积高达3100 m2/g和5900 m2/g,孔体积划分为1.16 cm3/g和2.0 cm3/g。事实上,该团队的这一孝敬不仅提出使用盘算机模拟辅助设计合成目的,更是解决了单晶X射线衍射手段在剖析庞大单胞体积晶体结构的难题,可以说为MOF质料的生长掀开了崭新的一页。

图3:7种典型结构的ZIF质料另有一类里程碑式的MOFs当属ZIF系列,这也是由Yaghi团队首次开发出来,于2006年揭晓在PNAS上[4]。ZIF即沸石咪唑酯骨架结构质料,也是多孔晶体质料。在其中,有机咪唑酯交联毗连到过渡金属上,形成一种四面体框架。

在这项事情中,研究人员合成了12种具有7种典型分子筛拓扑结构,ZIF-1到ZIF-12。ZIF作为一种新型的多孔质料,联合了无机沸石中的高稳定性,和MOFs 的高孔隙率和有机功效,这些特点都可以应用到高效催化和分散历程中,因此受到了研究人员的广泛青睐。

随后,2007至2008年,该团队又陆续在《Nature》、《Science》等杂志上报道了ZIF-20到ZIF-23、ZIF-68、ZIF-69、ZIF-95和ZIF-100等结构,很大水平壮大了ZIF家族。事实上,新型MOFs质料一直层出不穷,关于这些质料的研究不仅在于其迷人的拓扑框架, 更在于它具有可革新性和多样性的结构,在种种各样的组装和调控下均显示了多样的性能和应用。

这些多孔纳米质料的多方面优点与应用在种种领域已经显示出强大应用潜力,科研事情者也在不停向前探索新的发现。参考文献:[1] Nature. 1999, 402, 276-279.[2] Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 6296-6201.[3] Science. 2005, 309, 2040-2042.[4] PNAS. 2006, 103, 10186-10191.文献地址:[1] https://www.nature.com/articles/46248[2] https://doi.org/10.1002/anie.200460592[3] https://science.sciencemag.org/content/309/5743/2040[4] https://doi.org/10.1073/pnas.0602439103。


本文关键词:有机,金属,框架,质料,MOFs,与其,生长,历程,leyu乐鱼体育官网

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