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金属有机框架研究进展汇报汇报学生：XXX指导老师：XXX教授日期：2019.10.24主要内容发展历史1研究现状2未来方向31.发展历史：金属有机框架（MOF）金属有机框架，也叫多孔配位聚合物，英文全称为MetalOrganicFramework，缩写为MOF，是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-无机杂化材料。图1.1999年发表在Nature上的MOF5的配体、分子基本组件和晶体结构。大比表面积高孔隙率结构易于调控有序的多孔结构高密度的活性位点1.发展历史：大牛们20世纪90年代至今，美国的OmarM.Yaghi（奥马尔·亚吉）研究组（加大伯克利）、林文斌教授研究组（芝加哥大学）、周宏才教授研究组（德克萨斯A&M大学）、JefferyLong研究组，法国的GérardFérey研究组，日本的M.Fujita研究组、SusumuKitagawa研究组，中国的陈小明研究组，孙为银研究组、高松研究组等一批科学家陆续报道了MOF材料的合成以及在催化、生物医药及气体吸附分离等方面的应用。图2.OmarYaghi教授1.发展历史：首次出现MOF1最早被报道于1995年的JACS。一价铜离子和4,4‘-联吡啶合成了金刚烷型的网状结构（右图）。其实在此之前已经有过渡金属跟吡啶配位形成网状的无限结构，但Yaghi课题组提出了他的一个独特见解“利用分子基本组件来构筑3D网状结构”。利用分子基本组件或次级基本组件来构筑MOF结构从此成为了一种标准流程。图3.MOF-1的配体、分子基本组件结构和晶体结构。1.发展历史：MOF家族及其他课题组的MOFＭＩＬ系列拉瓦锡材料研究所ＨＫＵＳＴ系列及Ｕｉｏ系列MOF-8011.发展历史:沸石咪唑酯骨架（ZIF）ZIF实际上是一类特殊的MOF材料，具有四面体型三维网状结构，从结构上类似沸石，使用锌或钴来代替沸石中的硅，用咪唑配体替代了沸石中的氧桥Yaghi课题组于2006年在PNAS上报道了ZIF-1到ZIF-12的结构。不过，中山大学陈小明院士课题组在此之前已经合成了与ZIF-7和ZIF-8组成与结构完全相同的框架化合物，命名为金属多氮唑框架（MetalAzolateFramework，MAF），之后声名显赫的“ZIF-8”也就是MAF-4。不过，两个课题组合成方法完全不同。1.发展历史：ZIF家族2.研究现状：实际应用将MOF-801晶体粉末掺杂在多孔铜泡沫中，形成吸附层，并用聚丙烯酸封套。该吸附层放置在太阳能吸收装置与冷凝板之间于屋顶进行测试。夜间，将该测试装置打开，空气中的水蒸气扩散到吸附层。到了白天，将测试装置关闭，阳光通过装置顶部的窗户进入，光能转化为热能后加热MOF-801材料，释放出水分后作冷凝收集。这辆汽车的“油箱”塞满了MOF材料，MOF不仅能让汽车“油箱”在相对低的气压下安全地存储足够多的天然气，而且还可以通过降低压力受控地释放出几乎所有的甲烷分子。2.研究现状：部分已发表研究周宏才课题组最近通过简单调整合成温度产生的复杂螺旋和多通道管状超结构。这个发现不仅提供了对MOF生长机制和定向组装进化的新见解，还为分层多级复杂结构的构建提供了指导方向。通过传统的溶剂热方法，硝酸锌和有机连接体II在N，N-二乙基甲酰胺（DEF），乙醇和水混合物中的反应会形成无色针状MOF-74-II晶体（含一维六边形通道）。这些芯管逐渐溶解，导致在核@卫星多级结构的中心区域形成中空管状空腔。随着反应时间的延长，核模板的完全去除最终导致形成纯相MOF-74-II的中空管状晶体。1.通过温度控制的进化实现了从纳米孔MOF微晶到多级孔MOF超结构的一锅分层组装。2.报道了具有迄今为止最大孔道的MOF-74/USTA-74的同分异构体PCN-74。3.报道了面向异相催化的多变量且具有分层结构的MOF-74-II。2.研究现状：部分已发表研究林文斌课题组开展了一种新型的负载纳米金属有机框架的碳纳米管（CNT）复合材料用于催化高效的HER。该方法将具有高效HER催化活性的卟啉-钴富集在nMOF的配体中，并通过共价键作用将nMOF修饰到CNT表面，从而克服了MOF导电性差的难题。将表面具有羧酸修饰的碳纳米管添加到上述合成体系中，通过碳纳米管表面的羧基（-COOH）与Hf12-CoDBP中Hf12团簇的共价连接，一步法合成了表面负载Hf12-CoDBP的碳纳米管复合材料Hf12-CoDBP/CNT。pH为1的水溶液中、650mV的过电势下表现出10mA/cm2的电流密度，对应的塔菲尔斜率为178mV/dec2.研究现状：MOF在电催化与电化学能量转化ZhiWeiSehetal.Science2017;355:eaad4998金属空气电池技术全电解水技术二氧化碳还原，氮还原等技术氢氧燃料电池技术MOF可作为催化剂电子结构和几何结构调控的理想平台2.研究现状：MOF电催化材料面临的问题与研究现状大部分MOF本身电导率很低且在强pH条件下不稳定通过置换、掺杂和包覆等手段对ＭＯＦｓ进行修饰作为前驱体，在不同气氛中的热解可以得到合金、氧化物、碳基材料等种类十分丰富的材料合金外层包覆数层碳材料则在提高稳定性的同时能够提升导电性金属还原电位低于-0.27，易形成金属氧化物2.研究现状：文献一2019年CHEM-211-1实验室学术论坛暨工作总结2.研究内容：SOM-ZIF-8的制备Drying提供有机配体的2-甲基咪唑和提供锌离子的硝酸锌分别溶于甲醇，再混合均匀。氨水能诱导前驱体快速结晶，甲醇可以稳定这些前驱体，并可调控MOF成核与生长之间的平衡。有序大孔-微孔SOM-ZIF-8carbonization2.研究内容：结构表征（XRD+SEM）3.未来方向——脑洞大开在可以预见的未来，金属有机框架材料将在衣食住行各方面体现出它的价值谢谢请老师同学们批评指正！