种类

MOFs材料有着诸多独特的特点，例如超低的质量密度（~0.13g cm-3）、大孔容以及明晰的孔径分布。更值得注意的是，近年来有超高比表面积的MOFs被合成出来，比表面积约为10000 m2 g-1，远高于活性炭及分子筛材料。通常来讲，MOFs材料是微孔材料，其孔径小于2nm。通过增加配体长度，人们可使得其孔径突破2nm。例如Yaghi等人合成的MOF-74可以实现~9.8nm，继续拓展了MOFs材料的应用。以下几种MOFs近年来被广泛研宄：重复网络MOFs（isoreticular MOFs, IRMOFs）、沸石咪唑酯骨架（zeolite-imidazolate frameworks, ZIFs）、拉瓦锡材料研究所骨架（materials of Institute Lavoisier, MILs）以及孔——通式骨架材料（pocket-channel frameworks, PCNs）。

作为一种常见的MOF材料，IRMOFs主要是通过[Zn4O6]+金属簇与羧酸基有机配体键合而成的重复网络拓扑结构。IRMOFs具有较大的孔穴及孔容。与此同时，羧酸基有机配体倾向于与金属离子形成簇，从而在某种程度上阻止MOFs的相互贯穿。在IRMOFs系列中，MOF-5 (ZnO4(BDC)3 (DMF)8C6H5Cl, DMF=dimethyl formamide)是最常见的一种，最早由Yaghi等人于1999年首次合成出来，使用对苯二甲酸（terephthalic acids）为有机配体与Zn离子通过八面体形式配位形成三维立体材料。MOF-5的比表面积可高达~2900 m2 g-1。在后续的研究中，人们可以使用对苯二甲酸类似物将类MOF-5的孔径从0.38nm提高至2.88nm，实现了中孔MOFs的合成。

ZIFs材料是由Zn或者Co与咪唑（或咪唑衍生物）环上面的Ｎ以四配位的方式自组装而成。ZIFs的孔结构比较类似于一种硅铝酸盐沸石。ZIFs具有一系列的结构并且易于功能化。除此之外，与其他种类MOFs相比，ZIFs具有较好的热稳定性和化学稳定性。在ZIFs中，常见的也是被合成最多的是ZIF-8与ZIF-67，分别为Zn和Co与二甲基咪挫（2-methylimidazole）配位而成。这两种ZIFs合成较为简易，甚至可在室温下结晶而出。特别是ZIF-8具有极好的稳定性，即便在在沸水、苯、甲醇中浸泡１至７天。

MILs材料是另外一种较为特殊的MOFs材料，其可以使用三价过渡金属离子（如Fe、Al及Cr）与羧酸基配体（对苯二甲酸、均苯三甲酸）配位而成。MILs同样具有极高的比表面积。在MILs中，MIL-100和MIL-101是较为常见的两种类型。MIL-100是将Fe3+或Cr3+与均苯三甲酸配位而成，其在275℃下仍有较好的热稳定性，而其比表面积最大可髙达3100 m2 g-1，其孔径可达2.9nm。与MIL-100相比，MIL-101则是过渡金属离子与对苯二甲酸配位而成，且比表面积最高可达5900 m2 g-1。

对于PCNs材料而言，Cu离子是常见的金属节点与三羧酸基配体配位而成，例如H3TAB（4,4’,4’’-s-trazine-2,4,6-triyltribenzoate）或HTB（s-heptazinetribenzoate）。PCNs材料中同时有孔型结构和三维正交通道，通过小窗口连接。与IRMOFs相比，PCNs结构更为复杂。HKUST-1 （Hongkong University of Science and Technology-1）是一种典型的PCN，其采用Cu2(COO)4簇与均苯三甲酸配位而成，并具有两种孔结构。一种是正交孔，而另外一种则是直三维正交通道。此外，这些孔彼此共享着一些互相贯通。

特点

结构／形貌多样

与传统多孔材料相比，ＭOF规则的网络结构，使其能通过再设计，构建新型的拓扑结构，为ＭOFs材料结构的多样性提供了可能。

     首先，在纸成其结构中，不同的金属离子会具有不同的氧化态和几何构型，而且，相同的金属也可能呈现两种甚至多种的价态（如：Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ等）。因此，在与有机配体进行配位时，会有不同的配位数，从而形成不同的次级结构单元。

      另一方面，有机配体种类繁多，结构多样复杂，1个有机配体中可能会含有两个甚至多个簇酸官能四（如：对苯二甲酸、均苯Ｈ甲酸等）或多个不同官能团（如：２－氨基对苯二甲酸等）。同时，有机配体与金属离子配位方式复杂多变，更加为其结构的多样性提供了基础。

     除金属源与配体种类外，反应制备过程中金属源与有机配体的加入量、反应溶剂种类、反应温度、反应时间、辅助添加剂等对ＭOF材料的形貌影响也至关重要。

比表面积，孔隙率大

具有不饱和金属位点

在ＮMOF材料合成过程中，金属离子将与有机配体发生配位作用，而有机配体的体积通常较大，因此，由于有机配体空间位阻效应的影响，金属离子通常还将会和溶剂小分子（如：甲醇、ＤＭＦ等）发生配位作用，满足金属离子中私的配位数要求。同时，部分溶剂小分子还能够通过较弱的作用力与有机配体分子相结合。通常，在ＮＭＯＦｓ材料制备得到后，我们需要对其进行真空加热再处理，在此过程中，溶剂小分子客体将从孔道中脱附出来，从而，ＮＭＯＦｓ材料结构中的金属离子呈现不饱和配位状态。从而赋予了金属有机骨架材料路易斯酸或路易斯碱的催化活性。

制备

      金属有机骨架（MOFs）因其结构多样性和功能可调性而备受关注。尽管人们在MOF的基础研究（合成新化合物、发现新结构、测试相关性能等）方面已经取得了巨大进展，然而大多数MOFs的化学稳定性较差，严重阻碍了它们的实际应用，这同样是开发新材料的最终目标。因此，构建新的稳定的MOF或稳定现有的不稳定的MOFs至关重要。有了它们，一些“潜在的”应用将成为现实，同时可以探索许多在恶劣条件下的新应用。目前人们正在寻求有效的策略来解决MOFs的稳定性问题，从而实现和扩大它们的应用。

近日，北京工业大学李建荣教授综述了近十年来实验室致力于具有化学稳定性的MOFs设计和合成，特别是在酸性、碱性和水体系中稳定的有机氟化合物的设计和合成，以及在环境、能源和食品安全等领域的应用探索方面的研究进展。

要点1. 获得稳定的MOF的策略可以分为：

i）将高价金属（硬酸，如Zr4+、Al3+）与羧酸盐配体（硬碱）组装成酸性稳定的MOFs；

ii）结合低价金属（软酸，如Co2+、Ni2+）和氮杂配体（软碱，如吡唑啉）用于耐碱性MOFs；

iii）增强构筑单元的连接性；iv）收缩或刚性配体；v）用稳定的构筑单元（如金属化合作用）取代可靠的构筑单元，以获得坚固的MOFs。此外，在设计和合成稳定的MOFs时，还考虑了其他因素，包括构筑单元的几何和对称性、骨架-骨架相互作用等。在这些策略的基础上，得到的MOF在相应条件下的稳定性实现了显著提高。

要点2. 具有高度化学稳定性的MOFs可应用于许多新的重要应用，以应对与环境污染、能源短缺和食品安全相关的全球挑战。目前，课题组已经构建了一系列稳定的MOF来检测和消除污染物。合理定制的各种荧光MOFs成为检测食品和水中危险目标如二恶英、抗生素、兽药和重金属离子等的强大平台，此外，一些疏水性MOFs甚至还显示出对低浓度挥发性有机化合物的有效和特异性捕获。

要点3. 开发的新型MOF具有创纪录的耐酸、碱、亲核试剂性能，扩大了其在恶劣条件下的应用范围。BUT-8(Cr)A作为目前最稳定的MOFs，在浓H2SO4中表现出良好的结构完整性和较高的质子电导率；最耐碱的MOFs PCN-601即使在沸腾饱和的NaOH水溶液中也能保持结晶性，此外，这种由非贵金属簇合物和多吡唑配体组成的稳定的MOFs在碱性/亲核体系的多相催化中也首次显示出巨大的潜力。

     

   应用   

      金属有机骨架材料是一类由无机化学和配位化学两交叉领域产生的一种多孔基晶体材料。在配位化学的合成中引入晶体工程学和超分子化学的原理１义及方法，通过金属离子或相应的金属团簇与有机配体通过配位键自组装作用，形成的一类具有周期性重复网络结构的新型晶体化合物材料，兼具着无机功能材料和高分子功能材料的优势。此外，还可通过对有机配体进行剪裁、修饰，从而获得具有不同孔道尺度、特定物理化学性质的具有新型拓扑结构的晶体材料。因ＭOF材料具有上述结构特点，该类材料通常还具有独特的光、电、磁、催化、手性拆分、分子识别、气体吸附／分离等特点.送些性质使其在光学、催化化学、生物医药、气体储存等多个领域具有十分重要的应用价值。

MOFs主要的两个方向：催化与分析。

MOFs的优势在于结合了无机金属纳米粒子（团簇）与有机配体（Nature,1999,402, 276–279.）。金属中心为催化反应提供了反应位点，有机配体则可以作为天线接收光子，所以MOFs已经被广泛应用于研究光电催化（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 5414 – 5445）。尤其是在二氧化碳还原制备高附加值有机物方向，有大量优秀的科研工作（Chem. Soc. Rev., 2019,48, 2783-2828）。

在催化领域最热的单原子催化剂（Nat. Rev.Chem.,2018,2, 65.）。在过去的三四年中， 金属-有机骨架(MOFs)已经证明了它们在制造单原子催化剂(SACs)方面的巨大潜力（Chem，2019, 5(4), 786-804.）。通过MOFs的碳化过程获得的MOFs衍生物，不仅可以制备单原子催化剂，而且还保留了多孔有序的框架结构，对于选择性催化具有十分重要的意义。

同时，在分析化学领域，MOFs可以用来构建双比例荧光探针来检测各种金属离子和污染物的含量，这主要依赖于有机配体的荧光发射可调控与金属中心的协同作用（Chem. Rev. 2012, 112, 2, 1126–1162）。稀土基MOFs在这一方面展现出杰出的性能优势（Adv. Funct. Mater., 2017, 27, 6, 1603856）。

同时，MOFs也应用于有机电子器件与能源电池（Energy Storage Materials 33 (2020) 360–381）等诸多领域，具有很广阔的研究空间。