金属有机骨架材料的制备与应用教学教材.ppt

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1、金属有机骨架材料的制备与应用一、MOFs材料的简介金属有机骨架化合物是近十几年来配位化学发展的最快的一个方向，是一个涉及无机化学、有机化学、和配位化学等多学科的崭新科研课题。在MOFs研究中需要对配位化合物的结构、配位方式、孔道大小等进行表征，需要在合成过程中得到适合测试X射线单晶衍射的晶体，增加了MOFs合成的难度。在此之前，配位聚合物的相关研究已经进行的比较深入。NijkampMG,RaaymakersJE,vanDillenAJ,etal.Appl.Phys.A,2001,72:619—623一、MOFs材料的简介MOFs材料是金属有机骨架化合物的简称。是由无机金

2、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状结构的晶态多孔材料。二、制备方法MOFs材料多采用一步法合成，通过金属盐、有机配体和溶剂的选择在中低温下合成所需要的MOF。主要的制备方法有溶剂热法、液相扩散法（晶种法）、微波法、分层法等方法。2.1溶剂热法溶剂热法是在水或者有机溶剂存在下，使用带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜或玻璃试管加热原料混合物，使容器里面自生压力，从而得到高质量的单晶。这种方法反应时间较短、解决了在室温下反应物不能溶解的问题，而且在此条件下合成MOFs比在室温下合成更能促进生成高维数的MOFs结构。溶剂热法

3、2.2液相扩散法（晶种法）液相扩散法是将金属盐、有机配体和溶剂按一定的比例混合后放入一个小玻璃瓶中，然后将此小瓶置于一个内有去质子化溶剂的大瓶中，封住大瓶瓶口，静置一段时间后即有晶体生成。该方法条件比较温和；获得的晶体较纯且质量较高。但是比较耗时；而且要求反应物的溶解性较好，在常温下即能溶解。晶种法晶种法2.3其它方法除了传统的扩散法和水热(溶剂热)法外,近年来又发展了离子液体热、微波和超声波等方法。利用微波辐射法合成MOFs材料可大大节省反应时间。Ni和Masel[4]首次利用微波法合成IRMOF-1、IRMOF-2和IRMOF-3，反应时间由几天缩短为25s，且得到

4、的晶体与溶剂热法合成的晶体的形状和性质相同。超声法是另外一种可以在较短时间内合成MOFs晶体的方法。微波法分层法三、MOFs材料的应用MOFs材料引起了全世界人们的广泛关注，这不仅是因为其结构新颖、性能独特，更重要的是因为它具有的特殊性质使得该材料在气体吸附与分离，有机催化反应，药物缓释等方面都有很好的应用前景。3.1催化反应至今为止，MOFs材料已应用到氰基化反应、烃类和醇类的氧化反应、Diels-Alder反应、酯化反应、偶联反应等多种反应。其中以Corma的课题组对MOFs材料应用于有机催化反应领域的贡献尤为突出。最近，他们研究了活化的MIL-100(Fe)的孔径

5、大小对氧化反应的影响，这间接证明了这些反应是在多孔催化剂的晶体内部发生的。AlvaroM，HwangYK.DaltonTrans．，2011，40:10719-10724．3.2药物缓释由于组成MOFs材料的有机配体上的官能团以及孔结构可以根据实际需要进行调变，从而使得MOFs材料在药物缓释用途上有其应用前景。Ferey研究组报道了MIL-100和MIL-101对有机药物分子布洛芬具有很好的缓释能力。3.3吸附与分离由于MOFs材料的特殊孔道结构，因为在选择性气体吸附方面应用广泛。其中以Zhou为代表的课题组在选择性吸附方面进行了较为深入的研究。在利用MOFs材料储氢方

6、面具有代表性的是美国密歇根大学的Yaghi教授课题组。四、MOFs材料的研究意义五、小结与展望具有大孔径、高比表面积的金属有机骨架结构已成为微孔材料研究领域的一个热点,它给多孔材料科学带来了新的曙光。此种材料制备简单,可以从金属离子和有机配体混合物直接获得,而且配体的配位能力可以改变。合成的MOFs具有酸碱两性性质,除路易斯碱位,金属有机骨架还提供了路易斯酸位。同时,金属离子在骨架中起到了两个作用:一个是作为结点提供骨架的中枢;另一个是在中枢中形成分支,从而增强了MOFs的物理性质(如多孔性和手性)。目前已报道合成了大量的金属有机骨架材料，均属于第二代或第三代微孔材料，

7、在移除掉客体分子后其骨架结构会发生改变，所以MOFs具有许多潜在的性能,如选择性催化、分子识别、可逆性主客体分子(离子)交换、超高纯度分离、生物传导材料、光电材料、磁性材料和芯片等新材料开发中显示了诱人的应用前景。谢谢！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢