MOFs是金屬有機骨架化合物（英文名稱Metal organic Framework）的簡稱。是由無機金屬中心（金屬離子或金屬簇）與橋連的有機配體通過自組裝相互連線，形成的一類具有周期性網路結構的晶態多孔材料。MOFs是一種有機-無機雜化材料，也稱配位聚合物(coordination polymer)，它既不同於無機多孔材料，也不同於一般的有機配合物。兼有無機材料的剛性和有機材料的柔性特徵。使其在現代材料研究方面呈現出巨大的發展潛力和誘人的發展前景。
基本介紹
- 中文名：金屬有機骨架
- 外文名：MOFs
- 屬性：配位聚合物
- 出現時間：20世紀90年代中期
MOFs的發現與套用前景,MOFs材料的分類,MOFs材料的合成方法,MOFs材料的套用,
MOFs的發現與套用前景
金屬有機骨架是由含氧、氮等的多齒有機配體（大多是芳香多酸和多鹼）與過渡金屬離子自組裝而成的配位聚合物。早在20世紀90年代中期，第一類MOFs就被合成出來，但其孔隙率和化學穩定性都不高。因此，科學家開始研究新型的陽離子、陰離子以及中性的配位體形成的配位聚合物。目前，已經有大量的金屬有機骨架材料被合成，主要是以含羧基有機陰離子配體為主，或與含氮雜環有機中性配體共同使用。這些金屬有機骨架中多數都具有高的孔隙率和好的化學穩定性。由於能控制孔的結構並且比表面積大，MOFs比其它的多孔材料有更廣泛的套用前景，如吸附分離H2 、催化劑、磁性材料 和光學材料 等。另外，MOFs作為一種超低密度多孔材料，在存儲大量的甲烷和氫等燃料氣方面有很大的潛力，將為下一代交通工具提供方便的能源。
MOFs材料的分類
一般有機材料都是有兩部分組成，即有機配位體和金屬中心，分別作為支柱和結點的作用，因此可按組分單元和在合成方面的不同將MOFs材料分為以下幾大類：
（1）網狀金屬和有機骨架材料（英文名稱isoreticular metal-organic frameworks；簡稱IRMOFs）；
（2）類沸石咪唑骨架材料（英文名稱zeoliticimidazolate frameworks；簡稱ZIFs）；
（3）萊瓦希爾骨架材料（英文名稱（metarial sofistitute Lavoisierframeworks；簡稱MILs）；
（4）孔、通道式骨架材料（ocket-channel frameworks；簡稱PCNs）
上述不同類型的MOFs材料只需改變其中結構或其中一個元素就可以互相轉化。由於MOFs是材料中的有機配體與金屬離子可以選擇，有機連線配體可以與四價金屬離子在內的大多數過渡金屬元素相結合，因此可以合成許多新的MOFs材料。
MOFs材料的合成方法
MOFs合成方法有多種，近年來又出現了許多新的合成方法，其中主要有：
（1） 溶劑法：是在水或有機溶劑存在下，使用帶有聚四氟乙烯內襯的不鏽鋼高壓反應釜或玻璃試管加熱原料混合物，在自身壓力下反應得到高質量的單晶；
（2） 液相擴散法：按一定比例將金屬鹽、有機配體、合適的溶劑混合後，放入玻璃小瓶中，再將小瓶放入大瓶中，把質子化溶劑也放入大瓶中，之後將瓶蓋封住、靜置，經過一段時間，MOFs晶體生成；
（3） 其他方法:近幾年又出現了許多新的製法，其中有溶膠-凝膠法、攪拌合成法、固相合成法、微波、超音波、離子熱等方法。
MOFs材料的套用
MOFs具有多孔、大比表面積和多金屬位點等諸多性能，因此在化學化工領域得到許多套用，例如氣體貯存、分子分離、催化、藥物緩釋等。
（1）氣體的吸附與儲存：MOFs特殊的孔道結構，是理想的氫氣存貯材料，現在MOF177在77K下的儲氫能力已達到7.5%，當前研究重點是室溫下達到高儲氫能力的突破；
（2）分子分離：MOFs的孔道大小和孔道表面可以控制，可以用於烷烴分離，也可以由於手性分離，在這方面的套用正在擴大；
（3）催化：MOFs材料的不飽和金屬位點作為Lewis酸位，可以用作催化中心，現已用於氰基化反應、烴類和醇類的氧化反應、酯化反應、Diels-Alder 反應等多種反應，具有較高的活性；
（4）藥物的緩釋：MOFs材料具有較高的載藥量、生物兼容性及功能多樣性，可廣泛用於藥物載體，例如MIL-100和MIL-101對布洛芬有較好的載藥和釋放效果；其固載率和緩釋時間分別為350mg/g,3天，1400mg/g,6天。展望未來MOFs材料無論在品種、性能、合成方法、套用領域，作為一類新型材料，還會進一步發展和擴大。
