研究背景

金屬有機(jī)框架（metal-organic frameworks，MOFs）作為配位聚合物的一個(gè)新興子類(lèi)，由于其結(jié)構(gòu)可調(diào)、具有精確的尺寸以及形態(tài)可控的特性，在整個(gè)材料科學(xué)領(lǐng)域中備受關(guān)注。近年來(lái)，諸多研究發(fā)現(xiàn)MOFs的形貌及功能受到結(jié)構(gòu)的誘導(dǎo)而發(fā)生變化，可以形成特殊的形態(tài)、可控的納米結(jié)構(gòu)、超高的孔隙率和大的比表面積，并被廣泛應(yīng)用于環(huán)境和能源領(lǐng)域。鑒于此，為了更便捷、可控地合成理想的晶體材料，需深入研究影響MOFs功能和形貌的因素，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)MOFs材料在多尺度下的結(jié)構(gòu)控制。

全文概述

第一部分：綜述從合成MOFs的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)出發(fā)，詳細(xì)討論了各個(gè)內(nèi)部因素對(duì)晶體形貌的作用。內(nèi)部因素包括：金屬離子半徑的差異決定晶體各向異性/同性生長(zhǎng)；有機(jī)配體的寬度、長(zhǎng)度及官能團(tuán)影響外延生長(zhǎng)；單核及多核次級(jí)構(gòu)筑單元改善孔隙結(jié)構(gòu)；溶劑種類(lèi)誘導(dǎo)生成特定形態(tài)；表面活性劑修飾形貌。

第二部分：圍繞著載體效應(yīng)，討論了單層石墨烯、氣凝膠、聚苯乙烯微球等基底在生成二維薄膜、三維鏤空結(jié)構(gòu)的機(jī)理作用，并重點(diǎn)關(guān)注了以MOFs為模板在合成中空形貌、核殼結(jié)構(gòu)、自組裝、超結(jié)構(gòu)形貌的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

第三部分：講述了近年來(lái)合成MOFs新穎的制備方法，包括化學(xué)氣相沉積、電化學(xué)合成、噴霧干燥法、化學(xué)刻蝕法、機(jī)械研磨法、3D打印等，用于制備薄膜、納米陣列、空心球等具有特殊形貌結(jié)構(gòu)的晶體材料。

第四部分：詳細(xì)介紹了MOFs及其衍生物在儲(chǔ)氣、染料吸附、電催化、燃料電池、異相催化、載藥領(lǐng)域的應(yīng)用研究，充分證明了結(jié)構(gòu)調(diào)整和形貌修飾對(duì)于MOFs應(yīng)用于實(shí)際的重要性。

總結(jié)展望

根據(jù)合成MOFs的各種影響因素，提出了許多方法來(lái)制備相應(yīng)的特殊形貌和的納米結(jié)構(gòu)，但精確控制其尺寸和形狀的能力還不能令人滿(mǎn)意。在此基礎(chǔ)上，提出了一些觀(guān)點(diǎn)：1）加深對(duì)配位原理的理解，深入研究MOF晶體形成的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)機(jī)理；2）研究模板的性質(zhì)和選擇合適的襯底將為優(yōu)化MOFs提供一個(gè)良好的平臺(tái)；3）對(duì)多金屬M(fèi)OFs進(jìn)行原子精確的結(jié)構(gòu)表征和建模計(jì)算，加深構(gòu)效關(guān)系的基本理解；4）加強(qiáng)金屬離子與有機(jī)配體之間配位鍵的強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)可逆的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，有效提高穩(wěn)定性。

本論文以“Structure-Directed Growth and Morphology of Multifunctional Metal-Organic Frameworks”為題發(fā)表在《Coordination Chemistry Reviews》上。溫州大學(xué)為第一通訊單位，我?；膶W(xué)院2019級(jí)碩士研究生黃淇為第一作者，我?；膶W(xué)院錢(qián)金杰副教授和楊云教授為通訊作者。該工作受到國(guó)家自然科學(xué)基金（52171145，21601137）、浙江省自然科學(xué)基金（LQ16B010003）、浙江省溫州市基礎(chǔ)科學(xué)研究項(xiàng)目（G20190007）和云南省地方本科高校基礎(chǔ)研究聯(lián)合專(zhuān)項(xiàng)資金項(xiàng)目（202101BA070001-042）的資助。

參考文獻(xiàn)：

Qi Huang, Yun Yang and Jinjie Qian. Structure-directed growth and morphology of multifunctional metal-organic frameworks. Coordin. Chem. Rev., 2023, 484, 215101.

https://doi.org/10.1016/j.ccr.2023.215101