從頂刊Chemical Reviews學術動態，看明星MOF材料如何Rock the world

Francis-cas 7年前 (2016-04-26) 11171瀏覽

材料牛注：

對于專業的材料人來說，不管具體是研究什么方向的材料，對于MOF這個“大明星”大家肯定很熟悉，MOF近十年來發展迅速(“目前，在化學領域，MOF是發展最快的材料種類。”該領域先驅之一、美國加州大學伯克利分校化學家Omar Yaghi說)的一種配位聚合物，一般以金屬離子或團簇與有機配位體相互鍵合，構成空間3D結構，系沸石和碳納米管之外的又一類重要的新型多孔材料。化學、材料類的頂級期刊（如JACS、Angew）上經常能夠看到它的身影。在這方面有名國外科學家有kitagawa，Yaghi等人，而國內的中科院福建物質結構研究所（洪茂椿院士）、浙江大學、南京大學等也是MOF方面的“專業戶”哦！

總會有人問，這個材料有什么用呢？Ok，今天小編就帶你領略它的魅力！

【發光】

因為光讓萬物生長，讓我們的夜晚不再黑暗，讓我們享受燈紅酒綠，讓世界更精彩！

材料發光分為光致發光和電致發光，對于MOF而言更多的研究的是其光致發光（分為熒光和磷光兩種）。它的發光主要來源四個方面：配體發光、鑭系金屬離子發光、電荷遷移發光、客體發光。基于MOF的發光可以實現一系列的應用：

高度靈敏傳感與檢測

首先，我們合成出來能夠發光的MOF，可以利用其光物理性能的變化來對環境污染物、有機小分子、不同種類的氣體、環境的溫度、環境pH等進行檢測。

這主要是利用物質或環境與MOF的結構相互作用，當MOF的結構和組成變化時，其發光性能就會發生變化，人們就可以根據其光的變化來判斷環境與物質的組成。試想一下，以后的汽車尾氣的檢測器可能就會是MOF材料做的哦！

圖1 MOF對于不同金屬離子的識別

光學可調性LED

由于MOF材料的結構多樣性與光學性能可調性，到目前為止科學家們已經設計了很多的可調的MOF發光LED。它相對其他的LED材料，最大的有點就是其光學可調性。這點就很重要，這意味著人們可以根據自己的實際需要來設計LED，設計發光！

那具體是怎么調節發光的顏色呢？有調節組成、調節溫度、調節結構等手段。

圖2 應用LED的MOF

生物成像與藥物緩釋

“材料是人類發展的基石”，這還是我們材料人在許多師兄、師姐博士論文開頭部分中看到的一句話。說明材料無所不在，對于人類的發展是至關重要的，隨著材料科學的迅猛發展，材料是一門交叉學科的這個定論是無需質疑的！如與生物、化學、物理等學科的交叉。

MOF的載藥量較高、生物兼容性好，可廣泛用于藥物載體，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天和1400mg/g，6天。還可以利用其磁性實現靶向給藥。

CT、MRI是醫院里常用檢查身體的儀器，可以檢查出身體的病變，對于醫生的判斷起到了很大的作用。由于MOF優異的發光性能，可以用作MRI的造影劑，使得檢查更加清楚、準確！

圖3 MOF在生物成像中的應用

【催化】

MOF的特點就是多孔性和比表面積高，這可以使得其在催化領域大顯身手了，眾所周知的納米材料可以作為高效的催化劑，但是它表明能很高，這就使得它在催化反應過程中特別容易團聚在一起，那么催化性能就會大打折扣，利用MOF作為催化載體就可解決這個問題，因為MOF的孔可以多不同的納米粒子有著保護作用，也提高了催化劑的使用壽命，如可以包覆一些生物酶用于催化生化反應。

圖4 MOF包覆催化劑

此外，MOF本身就可作為催化劑，可以用于光催化、催化加氫、偶聯反應等。那么其催化性能從哪來呢？可來源于MOF上面的有機配體（一些官能團），金屬活性位點，客體分子等。可控的孔結構可以實現某些物質的選擇性催化。

圖5 MOF催化酰基轉移

【吸附】

老家的那一流溪水已不再那么清澈。水是生命之源，在我國經濟快速發展的過程中，留下了很多環境問題，其中水污染非常嚴重，對于水中污染物的去除對于人類的健康至關重要，科研人員們對此作出了很多努力，如通過光催化降解、吸附等。

MOF材料孔多，比表面積高，其中一些MOF還具有磁性，所以MOF就可以在吸附水中污染物方面大展身手了，可作為一種高效的吸附劑。近期的JACS就發表了與這相關的paper（剛接收的哦）。

圖6 MOF-5對于不同濃度的苯并噻吩的吸附動力學

【氣體分離與儲存】

一個由閃閃發光的鋼鐵建成的小城市橫跨德國萊茵河，這里是化學巨頭巴斯夫公司的總部。2013年-2014年間，這里小部分箱式送貨車和小汽車攜帶著一個大秘密：燃料箱塞滿了一種與眾不同的晶體材料（沒錯，就是MOF），材料上面充滿了直徑約1納米的小孔。這些孔內部存在著整齊堆疊的甲烷分子，準備著為貨車的內燃機提供燃料。在過去，MOF被認為不穩定，無法在現實應用，通常一旦客體分子被移除，它們就會立刻崩潰。但是隨著其飛速發展，這個定論被打破了！

MOF可調節的孔徑可以實現對于不同尺寸氣體分子的分離，CO₂捕捉。它有著大量的孔和特殊的孔道結構，可以實現用于氣體的儲存，現在MOF-177在77K下的儲氫能力已達到很高了。MOF材料在未來將大行其道，將可能改變現在傳統的氣體存儲方式，實現在低的壓力下儲存更多的氣體，降低運輸的效率，對于交通運輸業影響甚大！