2017上半年MOFs前沿綜述精選
1、Chem. Soc. Rev. 綜述：MOFs和聚合物的結合
圖1 各種MOF和聚合物雜交方法的示意圖
聚合物具有各種獨特的屬性，如柔軟度，熱穩定性和化學穩定性，以及可與MOFs雜交形成具有光電特性的復雜架構。 MOF和聚合物的雜化產生的新材料表現出各個組分難以單獨實現的獨特性質。來自北京理工大學的王博教授和日本京都大學的Takashi Uemura博士（共同通訊）等人重點介紹了MOFs和聚合物的雜交方法，以及混合材料的特異功能以及應用。上述內容以題為“Hybridization of MOFs and polymers”發表在了2017年4月3日的Chemical Society Reviews上。
文獻鏈接：Hybridization of MOFs and polymers（Chem. Soc. Rev.,2017,DOI: 10.1039/C7CS00041C）
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2、Chem. Soc. Rev. ?綜述：MOFs與電子器件以及化學傳感器整合的更新路線圖
圖2 MOF及其結構、化學功能性以及相關器件應用的圖示說明
眾所周知，MOFs在氣體存儲、分離和催化領域有著巨大的應用前景。但是這種獨特的多孔晶體材料在電子器件領域的研究應用也在快速發展當中，而目前的相關綜述卻未見報道。比利時魯汶大學的Rob Ameloot（通訊作者）等人在Chemical Society Reviews上發表了一篇題為“An updated roadmap for the integration of metal–organic frameworks with electronic devices and chemical sensors”的綜述文章。這篇文章重點關注了將MOFs作為固態微電子器件整合部分的研究。這些研究不僅有助于深刻理解MOFs的獨特性質，并且致力于解決MOFs與現有合成工藝的相容性問題。
文獻鏈接：An updated roadmap for the integration of metal–organic frameworks with electronic devices and chemical sensors（Chem. Soc. Rev.,2017,DOI: 10.1039/C7CS00122C）
3、Chem. Soc. Rev. 綜述：酶-MOFs復合材料
圖3 MOF-酶復合材料
美國德克薩斯A&M大學周宏才（通訊作者）課題組總結了MOF-酶復合材料的最新進展，特別是酶和MOFs的制備技術和協同作用。該種復合材料在生物學反義過程、催化以及傳感領域的應用也被概括呈現。此外，通過幾個研究例子，該課題組還著重強調了在非生物學條件下復合材料的酶活性增強作用。該篇綜述文章以“Enzyme–MOF (metal–organic framework) composites”為題，發表在著名綜述期刊Chemical Society Reviews上。
文獻鏈接：Enzyme–MOF (metal–organic framework) composites（Chem. Soc. Rev.,2017,DOI: 10.1039/C7CS00058H）
4、Chem. Soc. Rev. 綜述：利用超微孔MOFs進行氣體/蒸汽分離：思考結構/分離之間的關系
圖4 MOF分離劑
MOF材料中有一類孔徑小于5-7埃的亞類，可稱之為超微孔MOFs。與沸石以及活性炭一類材料相比，這類MOF材料在解決與環境能源可持續性相關的分離技術的關鍵問題上有著巨大的發展前景，尤其是用于碳捕捉和烯烴/鏈烷烴、乙炔/乙烯等分離過程。阿卜杜拉國王科技大學的Mohamed Eddaoudi教授(通訊作者)等人在Chemical Society Reviews上發表題為“Gas/vapour separation using ultra-microporous metal–organic frameworks: insights into the structure/separation relationship”的評述文章。該文章討論了超微孔MOF吸附劑的最新發展以及其利用熱力學/動力學和分子篩選機制作為分離試劑的應用情況。
文獻鏈接：Gas/vapour separation using ultra-microporous metal–organic frameworks: insights into the structure/separation relationship (Chem. Soc. Rev.,2017,DOI: 10.1039/C7CS00153C)
5、Chem. Soc. Rev. 綜述：MOF產品規模化的新型合成路線
圖5 MOFs的各種合成方法
澳大利亞聯邦科學與工業研究組織的Matthew R. Hill（通訊作者）等人通過研讀200多篇參考文獻總結了迄今為止的MOFs合成方法，這些方法包括電化學、微波、機械化學、噴射干燥以及流體化學的方法。另外，研究人員還特別綜述了MOFs大規模合成等下游處理加工方法以及MOFs最新的商品化狀態與商業反饋情況。上述內容以“New synthetic routes towards MOF production at scale”為題發表在了2017年46期Chemical Society Reviews上。
文獻鏈接：New synthetic routes towards MOF production at scale（Chem. Soc. Rev.,2017,DOI: 10.1039/C7CS00109F）
6、Acc. Chem. Res. 綜述：生物界面上的MOFs：合成策略與應用
圖6 MOF生物復合材料
MOF生物復合材料已經從簡單的蛋白質擴展到復雜的生物系統諸如病毒、活酵母細胞和細菌等。這類材料發展速度迅猛，其涉及的研究領域包括生物醫藥的保護和遞送、生物傳感、生物催化、生物庫以及細胞/病毒操縱。因此，阿德萊德大學的Paolo Falcar、Christian Doonan以及南安普敦大學的Darren Bradshaw(共同通訊)等人在綜述期刊Accounts of Chemical Research上發表了題為“Metal?Organic Frameworks at the Biointerface: Synthetic Strategies and Applications”的綜述文章。該文章陳述了MOFs面向生物技術應用的最新進展，重點關注了制備生物復合材料的各種策略、發展階段中的里程碑、各式挑戰以及在相關領域的研究應用潛力。
文獻鏈接：Metal?Organic Frameworks at the Biointerface: Synthetic Strategies and Applications (Acc. Chem. Res., 2017, DOI: 10.1021/acs.accounts.7b00090)
7、Chem. Soc. Rev. 綜述：源自MOFs的雜化微/納結構：能量存儲與轉換中的制備和應用
圖7 源自MOF的雜化微/納結構
南洋理工大學的張華教授以及浙江工業大學的曹澥宏教授（共同通訊）等人在綜述期刊Chemical Society Reviews上發表了一篇題目為“Hybrid micro-/nano-structures derived from metal–organic frameworks: preparation and applications in energy storage and conversion”的評述，詳細總結了近來MOF衍生雜化微/納結構的研究進展。作者首先介紹了MOF衍生雜化微/納結構的合成方法。然后著眼于能量存儲和轉換領域，文章還探討了這些結構在鋰離子電池、鋰硫電池、超級電容器等方向的潛在應用能力。最后，作者還概述了MOF衍生雜化微/納結構研究領域還存在的挑戰和機遇。
文獻鏈接：Hybrid micro-/nano-structures derived from metal–organic frameworks: preparation and applications in energy storage and conversion（Chem. Soc. Rev., 2017, DOI: 10.1039/C6CS00426A）
8、Adv. ?Mater. 綜述：MOFs中結合分子催化劑用于高效非均相催化
圖8 MOF催化劑結構以及在不同構成要素中的催化位點位置
獨特的開放框架結構、巨大的表面積、永久性的孔隙以及適當的孔道親疏水性質等特點都使得MOF材料可以作為理想的分子催化劑的主體基質。來自浙江大學的吳傳德教授（通訊作者）課題組在2017年3月3日的Advanced Materials上發表了以 “Incorporation of Molecular Catalysts in Metal–Organic Frameworks for Highly Efficient Heterogeneous Catalysis”為題的綜述文章介紹了MOF催化劑的合理設計合成方法以及諸如活性位點、微環境、傳導通道等關鍵因素對MOF催化劑性能的影響。
文獻鏈接：Incorporation of Molecular Catalysts in Metal–Organic Frameworks for Highly Efficient Heterogeneous Catalysis（Adv. Mater.,2017,DOI: 10.1002/adma.201605446）
9、Acc. Chem. Res. 綜述：MOFs的逐步合成方法
圖9 功能化MOF動力學
通過合理的設計，逐步合成路線不僅能控制MOF晶體生長，還能使得MOF的功能化得以在合成過程中實現。美國德克薩斯A&M大學周宏才（通訊作者）課題組致力于發展MOF材料逐步合成技術的圖書館策略。這些材料具有超穩定性，形狀和孔徑可以得到準確地控制，并可在孔道中的指定位置可控地修飾帶有結晶學取向核和可定制的功能化基團。而一步結晶形成的MOF卻往往不能夠實現這些特性。相關的內容以“Stepwise Synthesis of Metal?Organic Frameworks”為題發表在頂級綜述期刊Accounts of Chemical Research上。
文獻鏈接：Stepwise Synthesis of Metal?Organic Frameworks (Acc. Chem. Res.,2017,DOI: 10.1021/acs.accounts.6b00457)
10、Adv. Mater. 綜述：源自MOFs的納米復合材料和多孔材料的納米結構設計
圖10 MOFs和ZIFs相關報道中出現過的二級構造單元及其拓撲學
日本國立材料研究所的Yusuke Yamauchi 教授(通訊作者)等人在Advanced Materials上發表了題為“Nanoarchitectured Design of Porous Materials and Nanocomposites from Metal-Organic Frameworks”的綜述文章。該文章概述了多孔MOF衍生納米結構的最新研究進展。這些結構包括碳、金屬氧化物、金屬磷化物以及它們的復合材料。此外，該文章也提出了一些關于MOF衍生納米材料發展所會面臨的挑戰和未來的發展趨勢。
文獻鏈接：Nanoarchitectured Design of Porous Materials and Nanocomposites from Metal-Organic Frameworks (Adv. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adma.201604898)
11、Chem. Soc. Rev. 綜述：多功能MOFs催化劑：協同催化以及串聯反應
圖11 各種MOF活性位點
中國科學院福建物質結構研究所的曹榮研究員(通訊作者)等人在期刊Chemical Society Reviews上發表了題為“Multifunctional metal–organic framework catalysts: synergistic catalysis and tandem reactions”的綜述文章。這篇綜述敘述了擁有多樣化活性位點的MOF材料在協同有機催化、光催化以及串聯反應中的應用。這些MOFs根據活性中心的類型可以被分為以下幾類：（1）MOF結構中存在開放金屬中心和功能有機連接劑；（2）MOF結構中的活性位點以及孔結構中的活性客體位點；（3）MOF支持物中的雙金屬納米顆粒。此外，功能化MOFs提升協同催化和串聯反應效率的類型及其中的原理也被詳細地呈現出來。
文獻鏈接：Multifunctional metal–organic framework catalysts: synergistic catalysis and tandem reactions (Chem. Soc. Rev., 2017, DOI: 10.1039/c6cs00250a)
12、Nano Energy綜述：利用MOFs的無PGM氧還原催化劑的納米結構設計構造
圖12 無PGM的MOF催化劑
發展高性能的無鉑族金屬（PGM）氧還原催化劑是發展清潔能源的長期目標。然而，現有的無PGM催化劑卻存著活性不足以及耐久性有限的問題，這些問題在更具挑戰性的酸性環境中尤為突出。有鑒于此，紐約州立大學的Gang Wu和西北太平洋國家實驗室的Yuyan Shao(共同通訊)等人在Nano Energy上發表了題為“Engineering nanostructures of PGM-free oxygen-reduction catalysts using metal-organic frameworks”的綜述文章。作者綜述了進來利用MOF前驅體設計合成的創新性無PGM催化劑，特別著重于催化劑形貌和納米結構設計構造的介紹。此外，還探討了利用MOF前驅體構建模型系統闡釋結構-性質關系的可能性。
文獻鏈接Engineering nanostructures of PGM-free oxygen-reduction catalysts using metal-organic frameworks (Nano Energy, 2017, DOI: 10.1016/j.nanoen.2016.11.033)
本文由材料人學術組NanoCJ供稿，材料牛編輯整理。
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