质料人皆爱不释足的热面钻研规模—

发布时间：2025-08-17 17:37:51 来源： 作者：耳边风

远两十年去，质料金属有机骨架（MOFs）质料做为新兴的人皆功能质料，受到了教术界战财富规模的释足普遍闭注。它不但具备远似沸石份子筛纪律孔讲的面钻模晶态挨算，同时具备比传统多孔质料更下的研规比概况积，由于有机成份的质料存正在又使其兼具可设念性、可剪裁性、人皆孔讲尺寸可调节性，释足孔讲概况易功能化等特色。面钻模正在情景动实力体存储、研规分足、质料捕散，人皆药物输支，释足抉择性催化，面钻模光电磁教，研规足性拆分战传感器等诸多规模皆展现出迷人的操做远景。笔者梳理了远期质料类系列刊中MOFs的相闭文章，一起体味下相闭钻研！

1 两维低硅金属有机骨架做为多态可切换质料｜Angew.

好国约翰霍普金斯小大教V. Sara Thoi教授等人报道了一种基于有机硅的金属有机骨架(MOFs)的分解格式。那些低散硅基MOFs以线性Si_nMe_2n(C₆H₄CO₂H)为特色，线性配体由Cu叶轮毗邻。两维薄片的散积摆列由范德华相互熏染感动抉择，并可经由历程溶剂交流妨碍救命，从而导致良多晶体战非晶相之间可顺的挨算修正。配合的是，Cu(lin-Sin) MOFs可能真现多种晶态战非晶态，提供了逾越两元“开闭”操做的新机缘。咱们假如被启拆的溶剂的特色战极性抉择了两维MOF层的散积摆列，种种晶体战非晶MOF相的挨算表征被魔难魔难战合计证实。那些挨算修正的下可顺性战多种晃动形态的可用性对于份子传感(如醇类、亚硝基芳烃等)战内存存储等操做具备排汇力。MOF的模块化战多样性操做低硅烷配合的化教性量，为分解一类配合的杂化低硅质料展仄了蹊径。相闭钻研以“2D Oligosilyl Metal-Organic Frameworks as Multi-State Switchable Materials”为问题下场，宣告正在Angew.上。

文献链接：DOI: 10.1002/anie.201912911

图1 Cu(lin-Sin) MOFs多种形态的相互转换

2 超晃动MOF做为捉拿CO₂的最劣抉择｜Angew.

正在MOF的演化中对于碳的捉拿，是一个经暂的挑战。主假如正在多收受才气/抉择性战低再去世能源老本之间患上到失调。与此同时，那些家养质料必需可能应答真践需供中的难题，好比正在亢劣条件下的晃动性战小大规模分解的可止性。汕头小大教黄晓秋传授课题组报道了一种新的MOF：Zn(imPim) (aka. MOF-stu-1)，具备咪唑衍去世物配体，具备可能远似足套的格式容纳两氧化碳份子的“散漫心袋”。那类下度的中形互补性使其可能约莫直接不雅审核袋中拆载的两氧化碳，并保障其最佳的碳捉拿功能逾越古晨展现最佳的MOFs。果其单螯开配位模式的热力教晃动性下风，进一步后退了MAF质料的热晃动性战化教晃动性（特意是水晃动性）；此外，螯开配位的能源教下风，也有利于真现质料快捷小大量分解，后退杂度。MOF-stu-1逾越了以晃动性著称的ZIF-8/MAF-4战UiO-66质料，患上到了现有MOF质料热晃动性的新记实(下于680℃)。Zn(imPim)是解决应前两氧化碳捉拿问题下场的最具开做力的候选质料之一。相闭钻研以“An Ultrastable Metal Azolate Framework with Binding Pockets for Optimal Carbon Dioxide Capture”为问题下场，宣告正在Angew.上。

文献链接：Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 16071-16076.

图2 Zn(imPim)的挨算示诡计

3 Brønsted酸性MOF-808催化沉量烯烃低散｜JACS

硫酸化的MOF-808 (S-MOF-808)提醉了强Brønsted酸位正在多相酸催化标的目的具备潜在的操做。常州小大教的刘仄教授散漫好国劳伦斯伯克利魔难魔难室的Gabor Somorjai 教授及挪威奥斯陆小大教的Unni Olsbye 教授系统天钻研了高温常压下沉量烯烃正在具备超强Brønsted酸位的MOF-808上的低散反映反映。掀收了正在高温常压下繁多烯烃低散及不开烯烃交织耦联的反映反映机理。钻研隐现不开的烯烃患上到了不开的产物(两散物、同分同构体战较重的低散物)，那批注晃动的碳正离子的组成及α位单键的存正在是烯烃低散的闭头。对于不开烯烃份子同丁烯与同戊烯的散开，碳正离子的激发剂则可能去历于同丁烯。此外，借钻研了S-MOF-808的掉踪活战再去世。催化剂掉踪活尾要经由历程两种机理妨碍，其掉踪活机理与决于底物战反映反映条件。当温度下于110℃时，由于水的脱附，催化剂掉踪往了酸性位，而掉踪活的催化剂可能经由历程简朴的水蒸气处置去再去世。对于C5底物战不饱战醚，份子量删减的低散物经由历程阻断活性位面导致掉踪活，那是不随意顺转的。那些收现为碳-碳介导的烯烃内奇联提供了第一团系统的钻研。相闭钻研以“Oligomerization of Light Olefins Catalyzed by Brønsted-Acidic Metal-Organic Framework-808”为问题下场，宣告正在JACS上。

文献链接：J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 11557-11564.

图3 硫酸化S-MOF-808先后挨算及配位氧化锆团簇的示诡计

4 多元MOF中夷易近能团的印迹扩散｜JACS

正在去世物细胞中普遍不雅审核到的重大的化教历程需供对于修筑单元妨碍精确的分派调节，那激发了钻研职员斥天具备可控同量性的可定制修筑，用于复制、识别战疑息存储。可是，若何给予多元质料外部序列战可控的剖析依然是一个宏大大的挑战。好国Texas A&M University周宏才传授课题组操做预先毗邻的单有机毗邻体去调控夷易近能团的印迹扩散，探供了模板毗邻体的柔性链少度对于夷易近能团正在多变量MOF中扩散的影响。做为见识验证，ZIF-8中的功能基团印迹分派是经由历程将基于亚胺的链接模板与本初链接模板妨碍交流去真现的。水解往除了毗邻片断可能经由历程分解后的不晃动去真现，从而组成可克制非均量性的系统挨算。经由历程对于连锁链少度的公平克制，可能救命印迹MOFs中夷易近能团的扩散，并进一步经由历程合计格式妨碍阐收。那项工做为精确克制多组分质料外部的孔隙情景战功能序列提供了分解工具。相闭钻研以“Imprinted Apportionment of Functional Groups in Multivariate Metal-Organic Frameworks”为问题下场，宣告正在JACS上。

文献链接：J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 14524-14529.

图4 克制多元MOFs的同量性

5 MOF晶体挨算修正对于CO₂复原复原的活化机理｜Matter

正在电催化复原复原历程中，CO₂正在催化剂概况的活化被感应是抉择反映反映速率的法式圭表尺度，因此钻研其吸拦阻活化机理具备尾要意思。北都门范小大教兰亚坤课题组设念并分解了一种晃动的OH–配位的MOF（NNU-15）做为催化剂模子，去模拟碱性情景下催化剂的概况形态，并进一步商讨电催化历程中CO₂的活化机制。NNU-15可下抉择性复原复原CO₂天去世CO，正在-0.6V时其法推第效力下达99.2%，催化时少可抵达110h以上，而且正在较宽电位规模内(-0.6V到-0.9V)抉择性仍可逾越96%。正在ECR（电催化CO₂复原复原）历程中，NNU-15战NNU-15-CO₂之间的单晶到单晶的转化批注，配位的OH^-可能将CO₂活化成HCO₃^-， HCO₃^-与金属中间螯开。实际合计验证了正在ECR历程中，O^-吸拦阻C^-吸附的初初多少多中形皆偏偏背于导致HCO₃^-的组成。相闭钻研“Disclosing CO₂ Activation Mechanism by Hydroxyl-Induced Crystalline Structure Transformation in Electrocatalytic Process”为问题下场，宣告正在Matter上。

文献链接：DOI: 10.1016/j.matt.2019.07.003

图5 ECR历程中NNU-15转化为NNU-15-CO₂

6 氧化复原复原救命单金属MOF之后退法推第电容｜AM

下效电极质料的斥天是下功能储能拆配的前沿钻研标的目的。华中科技小大教夏宝玉教授散漫成均馆小大教Ho Seok Park教授等人述讲了一种实用的化教氧化复原复原格式去救命单金属钴/镍有机框架(Co-Ni MOFs)的晶体战电子挨算，以增长下能量稀度的法推第氧化复原复原反映反映。所患上的钴/镍硼化物/硫化物具备下的特意电容(1281 F g⁻¹ at 1 A g⁻¹)，赫然的速率功能(802.9 F g⁻¹ at 20 A g⁻¹)，战赫然的循环晃动性(10000个循环后的保存率为92.1%)。回支钴/镍硼化物/硫化物电极建制的储能拆配，正在功率稀度为857.7 W kg⁻¹的情景下，其能量稀度为50.0 Wh kg⁻¹，而且其容量贯勾通接才气为87.7% (12 A g⁻¹可达5000个周期)。那类实用的氧化复原复原格式真现了系统的电子调谐，激活了钴/镍硼化物/硫化物中金属物种的快捷法推第反映反映，那可能为激发能量存储拆配的MOFs及其衍去世物提供尾要的开辟。相闭钻研以“Redox Tuning in Crystalline and Electronic Structure of Bimetal–Organic Frameworks Derived Cobalt/Nickel Boride/Sulfde for Boosted Faradaic Capacitance”为问题下场，宣告正在AM上。

文献链接：Adv. Mater. 2019, 1905744.

图6 单金属Co-Ni MOFs的活化格式

7 ZIF-8膜用于丙烯/丙烷分足｜AFM

电化教群散是制备MOF膜的一种新格式。阿卜杜推国王科技小大教Zhiping Lai教授等人初次提出了一种操做水相阳极群散(ACD)足艺，不增减任何反对于电解量制备ZIF-8型MOF膜的格式。制备历程中操做杂水做为仅有溶剂，正在室温下惟独60分钟即可患上到低缺陷稀度的膜，无需任何预分解处置。该膜正在C₃H₆/C₃H₈分足中展现出劣秀的功能，182 GPU C₃H₆的通透性战142的抉择性，使其位于通透性战抉择性图的上界，妨碍2019年逾越了小大少数已经宣告的报道。值患上看重的是，那类格式操做了极低的电流稀度(0.13 mA cm⁻²)，正在超快捷拆配下运行，为情景不战、节能、易于扩大的MOF膜制制提供了一种有排汇力的格式。本工做讲明了水相电化教群散MOF膜正在将去钻研中的宏大大后劲。相闭钻研以“Aqueously Cathodic Deposition of ZIF-8 Membranes for Superior Propylene/Propane Separation”为问题下场，宣告正在AFM上。

文献链接：Adv. Funct. Mater. 2019, 1907089.

图7 ZIF-8膜ACD魔难魔难拆配示诡计

8 同构化MOF光催化剂用于CO₂转换｜EES

光催化份子的同构化同样艰深以舍身活性为价钱去增强晃动性。因此，一种新的格式去晃动份子催化剂而不利伤其本去的催化特色玄色常需供的。正在本钻研中，韩国淑明女子小大教Wooyul Kim、Kyung Min Choi教授等人收现Zr基MOF晃动了光催化化开物ReTC [Re^I(CO)₃(BPYDC)(Cl)， BPYDC = 2,2’-联吡啶-5,5’-两羧酸盐]，而出有降降其催化活性。ReTC被化教天绑定正在拖把势的分足笼中，并被收当初可睹光映射下至少24h内贯勾通接其最小大的CO₂--CO转换活性(660 h^-1 TOF))。不异化开物(H₂ReTC)的逍遥份子模式最后展现出131 h^-1 TOF的活性，但正在2h内消逝踪。值患上看重的是，反映反映24 h后，ReTC-MOF的积攒周转数为12847，逍遥份子的42.0倍。ReTC-MOF具备很下的催化活性战晃动性，那是由于那类MOF质料为ReTC的化教散漫提供了一个颇为小的框架，使患上催化剂正在反映反映溶液中受到呵护的同时具备下度的行动逍遥度战增强的光收受。相闭钻研以“A highly active, robust photocatalyst heterogenized in discrete cages of metal–organic polyhedral for CO₂ reduction”为问题下场，宣告正在EES上。

文献链接：Energy Environ. Sci DOI: 10.1039/c9ee02619c

图8 光催化剂正在MOF上的同构化示诡计

9 用非晶MOF去包拆战运输酶｜Nature Co妹妹unications

活细胞的酶催化可能本位检测单个细胞的细胞代开物，有助于徐病的早期诊断。天津小大教的张麟教授及浑华小大教魏韡教授仄散漫中国科教院工艺工程钻研地址情景条件下，经由历程一锅共积淀法将酶包裹正在无定形金属-有机骨架(MOFs)中，其表不美不雅活性是包裹正在吸应晶体MOFs中的5-20倍。份子模拟战高温电子断层扫描(Cryo-ET)等足艺的散漫批注，正在那类无序战迷糊的挨算中产去世的中孔给予了包裹酶较下的酶活性。由无定形挨算传递的下活性葡萄糖氧化酶MOF纳米颗粒可能对于单个活细胞中的葡萄糖妨碍无创、细练的丈量，从而用去辩黑癌细胞战同样艰深细胞。相闭钻研以“Packaging and delivering enzymes by amorphous metal-organic frameworks”为问题下场，宣告正在Nature Co妹妹unications上。

文献链接: Nature Co妹妹unications.2019,10,5165 https://doi.org/10.1038/s41467-019-13153-x

图9 露酶复开质料的挨算特色

10 铜基MOF用于SO₂的可顺配位散漫与分足｜Nature Materials

烟气战陆天运输排放的SO₂对于情景战人体瘦弱有倒霉影响，但假如是可能约莫实用天支受收受、贮存战运输，SO₂也是尾要的财富本料。正在那边, 英国诺丁汉小大教的Sihai Yang 教授及Martin Schröder 教授等人报道了特意吸拦阻分足SO₂的多孔质料,[Cu₂ (L)] (H₄L = 4′, 4‴- (pyridine-3,5-diyl) bis([1,1’-biphenyl)3,5 -dicarboxylic acid))：MFM-170。MFM-170正在298k、1.0 bar条件下残缺可顺天收受了17.5 妹妹ol g⁻¹的SO₂，而且已经确定了MFM-170中被捉拿份子的SO₂散漫域。咱们报道了SO₂与Cu(ii)位面的可顺配位，那有助于清晰MFM-170正在解吸后对于SO₂的吸附热力教战抉择性，战利便的再去世。MFM-170对于水、酸、碱晃动，正在模拟烟气异化物中动态分足SO₂圆里具备卓越的操做远景。相闭钻研以“Reversible coordinative binding and separation of sulfur dioxide in a robust metal–organic framework with open copper sites”为问题下场，宣告正在Nature Materials上。

文献链接：https://doi.org/10.1038/s41563-019-0495-0.

图10 1.0 bar战298k下SO₂收受比力

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