不可不知的MOF新材料

家在新宾

   金属有机骨架材料（Metal-Organic Framework，MOFs），是一种由金属离子或金属团簇与有机配体通过配位或者共价键得到的一类多孔结晶材料，又可以叫做多孔配位聚合物（Porous Coordination Polymer，PCP）。

   1965年，Tomic首先报告了由二个和四个配位基团的羧酸基和二、三或四价金属配位的配位聚合物，并提出聚合物的热稳定性与金属原子价及配位数有关，具有这类性能的材料后来被称为金属有机骨架（MOFs）材料。

   1990年，Hoskins和Robson提出了一种具有无限延伸的三维骨架材料。他们预测这种材料具有空腔结构，密度低同时具有很高的热稳定性、化学稳定性和机械稳定性。

   1995年, Omar M. Yaghi教授课题组在《Nature》杂志上报道了具有可逆吸附性质的层状钴多孔化合物，首次提出了“MOF”。四年后，Omar M. Yaghi教授得到了最为经典的MOF，MOF－5，它的Langmuir比表面积高达2900 m2 g-1，（而Yaghi课题组在2010年的《科学》中报道的MOF-210[74]，其Langmuir比表面积高达10400 m2／g），自此MOF材料受到研究者的广泛关注。

   新的MOF材料每克MOF－5足够装下8个网球场，打破了所有材料比表面积纪录，远超当时为人们所知的沸石、多孔碳等各类多孔材料，以至于Yaghi 在与巴斯夫后来的多年合作以后，巴斯夫公司告诉Yaghi教授，他们当时以为这个数字印错了，。

   1999年，香港科技大学的Ian D. Williams教授课题组，合成了另一个经典的，至今仍被广泛研究的具有规则微孔结构的HKUST-1。

   直到2002年，Omar M. Yaghi教授以MOF-5为原型构筑得到一系列具有与MOF-5类似结构的金属有机配合物IRMOFs材料，成功将MOFs从微孔材料拓展到了介孔材料领域，于2003年和德国BASF公司合作完成了MOF材料的造粒工艺，MOF材料实现大规模工业生产。

   2005年，Millward和Yaghi研究组研究发表了一系列的MOFs材料的CO2吸附性能。研究发现，在室温35bar条件下，一个填充有MOF-177材料的容器其捕获CO2的能力高出容器9倍。

   2006年，Omar M. Yaghi教授课题组，合成得到多种具有良好化学和热稳定性的类沸石骨架材料（ZeoliticImidazolate Frameworks, 简称ZIFs），拓展了MOFs的种类。同年，Omar M. Yaghi教授课题组报道 HKUST-1 去除溶剂后暴露出开放金属位点,可作为路易斯酸催化剂。

   2017年，Fernando J. Uribe－Romo及其团队报道了一种在蓝色可见光下催化CO2生成甲酸、HEF和BHEF（太阳能燃料）的MOF材料，MIL－125-NHR。

   大量研究发现表明，MOF有非常好的结构可调控性，在合成时定向设计时，选择不同大小尺寸的配体结合不同类型的金属中心，可以得到预期的MOF结构，迄今为止，关于MOF的研究呈爆炸式增长，已有MOF材料超2万种。

   因为MOF具有规整孔道结构、高比表面积、丰富的结构多样性与非常好的结构可调控性，在气体存储和分离、传感、药物担载和催化等领域具有非常好的应用前景。