作者：段春迎等 来源：《自然—通讯》 发布时间： 15:25:55
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金属有机骨架化合物催化成果取得进展
记者刘万生 通讯员马坤 1月13日，大连理工大学精细化工国家重点实验室段春迎教授带领团队聚焦于金属-有机超分子体系的构建与催化功能的研究，开展具有拟酶特色的新型催化材料和催化过程探索。近期，韩秋霞博士通过将具有二氧化碳吸附、烯烃选择性氧化、配位不饱和金属中心Lewis催化以及不对称催化单元等结构基元同时融合与一个结构中，实现从简便易得的化学工业原料烯烃出发，通过多个催化过程的串联，一步合成单一手性环状碳酸酯。该非均相不对称催化剂易于分离和重复使用，具有明确的应用愿景。研究成果发表在。
段春迎长期关注利用杂多酸单元构建金属有机双亲孔道催化材料，在化学学科重要期刊《 JACS美国化学会志》连续发表多篇研究论文，在新的催化体系中手性脯氨醇衍生物的氨基、多酸阴离子表面的金属氧双键、配体上的氨基这三个催化活性中心的物理隔离，以及在手性空间内的分布使得协同催化的发生变得可能。具体发现：手性脯氨醇衍生物与多酸阴离子催化苯乙烯不对称环氧化产物与配体氨基固定的二氧化碳在溴离子存在下发生构型保持的环化反应得到手性产物，而多酸阴离子赋予孔道以水油两亲性质保证了溴离子能够通过离子交换进入孔道。
此项工作得到国家自然科学基金委员会和大连理工大学的资助。（来源：科学网 刘万生 马坤）
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科技信息○科教前沿○ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ2013年第9期
金属有机骨架材料的应用研究
李晓林戈晴孙瑾
（青岛大学化学化工与环境学院，山东青岛266071）
【摘要】金属有机骨架（MOFs）是由含氧、氮等的多齿有机配体（大多是芳香多酸和多碱）与过渡金属离子自组装而成的配位聚合物，本文对该材料在气体吸附、电化学、催化、载药材料等方面的应用进行了介绍。
【关键词】金属有机骨架；气体吸附；电化学；催化；载药材料
StudyonApplicationofMetalOrganicFrameworkMaterials
LIXiao－linGEQingSUNJin
(CollegeofChemicalEnvironmentalandEngineering,QingdaoShandong,266071)
【Abstract】Themetalorganicframework(MOFs)iscomposedofmultidentateorganicligandscontainingoxygen,nitrogenandothertransitionmetalions.ThispaperintroducetheapplicationsofMOFsingasadsorption,electrochemistry,catalysisanddrugcarriermaterial.
【Keywords】MGECDrugcarrier
金属有机骨架甲(MOFs)[1]材料作为一种新型多孔材料，由于其具
有特殊的周期性结构、高比表面积、高吸附性高孔隙率等特性，已经在
吸附、电化学、催化等方面显示了广泛的应用前景。不仅如此，MOFs
还在药物载体方面有显著性质。本文将MOFs在上述方面的应用做了
较详细的介绍。量达到了破纪录的265V(STP)/V。1．3MOFs对CO的吸附陈勇[7]等采用水热合成法，以氢氟酸为矿化剂按文献[8]的合成方法合成金属有机材料MIL-101并进行纯化，然后用XRD、低温氮气吸附等测试手段对所得样品进行表征，发现其BET比表面积达到
3142m2/g。CO/N2混合体在系在MIL-101上的吸附实验结果表明该材
料对CO有很高的选择性，并且吸附容量较大，达到45.0cm3/g(298K，
0.1MPa)。MIL-101克服了传统CO吸附剂吸附容量较小，易失活的缺
陷，具有工业应用前景。而郭金涛、陈勇[9]等人还发现以醋酸钠为矿化
剂得到的MIL-101较为纯净且性能优于以氢氟酸为矿化剂得到的1金属有机骨架材料的气体吸附性能金属有机骨架材料是一种由金属离子与有机配体通过超网分子自组装形成的一种多孔网状结构材料，由于在合成过程中可以选择不同的金属离子和各种有机配体进行络合，因此设计出的各类MOFs材
料具有不同的孔道结构和化学特性。相对于沸石和活性炭等传统吸附
材料，MOFs具有可调节的孔尺寸和官能团，以及较大的比表面积等
1.1MOFs对CO2的吸附
温室气体导致全球气候变暖已经成为世人关注的主焦点，传统的
吸附方法具有许多弊端，如氨溶液吸附会有一定的腐蚀性并且热稳定
不高，微孔分子筛法能量需求大等。MOFs由于具有高比表面积、高热
稳定性、高化学稳定行，吸附力强等优点，在气体的吸附和净化上，受
到广泛关注。Millward和Yaghi等[2]测得MOF-177对CO2的吸附能力
明显高于沸石13X和活性炭粉末等传统材料。刘洋[3]等采用密度泛函
理论（DFT）方法研究CO2在MOF-5不同的吸附位置及不同构型的吸
附性能。根据XRD技术测定的实验数据[1]建立模型，并进行计算，发现
GGA/PW91泛函能够精确的研究CO2在MOFs的吸附，并且计算出
CO2分子与苯环边相交以及与苯环上的碳原子平行是两种吸附能最
大的构型；利用Br原子替代苯环上的H原子可以显著增强对CO2分
子的吸附能力，为设计具有较高CO2吸附能力的MOFs材料提供理论
陈驰[4]等采用紧束缚近似计算的方法研究了MOF-5和不同的官
能团（-NO2，-NH2，-CH3，-OZn）修饰后的MOF-5对CO2的吸附能力。
发现CO2分子与苯环边相交以及与苯环上的碳原子平行是两种最大
的吸附位点；并且被修饰过官能团（-NO2，-NH2，-CH3，-OZn）的MOF-
5对CO2的吸附能力都有提高；-NO2修饰使各位点的CO2吸附能力
都有一定提高，而-OZn修饰可在部分位点使吸附能力提高非常大，最
大可达-1.31eV,这是裸露的Zn离子和CO2中的氧原子之间有较强的
库仑作用的结果。同时，研究修饰后MOF-5的混合气体中CO2选择性
吸附情况，发现MOF-5在空气环境下有很好的CO2选择性吸附能力，
特别是在CO2/O2混合体系中尤为突出。并且，修饰后MOF-5对工业
废气中许多酸性气体和有害气体有良好的吸附效果，这说明了MOF-
5在空气净化中有显著作用。
1．2MOFs对CH4的吸附
王三跃和仲崇立[5]采用DFT方法研究了甲烷在MOF-5中的吸
附，并提出在苯环中引入给电子基团可以增强甲烷与MOFs相互作
用；引入含氧等极性官能团将增加甲烷吸附位，有利于提高吸附储量。
Thornton等[6]设计了在IRMOF系列材料中注入Mg修饰的C60吸附剂
材料并对CH4和H2在其中的吸附情况进行了分子模拟，发现在
298K、3.50MPa下，模拟的Mg-C60IRMOF-8材料对CH4的体积吸附容MIL-101。MIL-100(Fe)对于CO同样具有吸附性能，荆钰[10]等人发现，在酸性条件下用水热法成功合成的MIL-100(Fe)，经活化后它与不饱和气体分子CO作用力显著增强。在不同的真空加热条件下加热，测定CO和氮气等气体在常温下的吸附等温线（如图1），发现样品在250℃下活化处理，可显著增大其对CO的吸附能力，提高CO/N2体系的吸附分离性能，为材料用于变压吸附法回收含氮气中CO提供了基础。1．4MOFs对H2的吸附李忠月[11]通过合成一系列具有高热稳定性的稀土金属有机骨架材料RE(BTC)(H2O)(RE=Y，Tb，Eu，)[12-14]，除去端基水分子后可得到具有一维孔道的空旷结构RE(BTC)。其中Y(BTC)有良好的氢气吸附储存性能，在77K，1atm条件下，氢气的吸附量高达1.73wt％。朱娜[15]等科学家通过对MOF-5材料在在低温至常温宽温区（77K-300K）的储氢性能进行研究，发现氢气的吸附量随着压力的增大而增大，低压时增加趋势较大，高压时随着压力的增加，增大趋势趋于平缓；氢气的吸附量随着温度的降低而增大，温度越低，吸附量随压力升高而增加的趋势越明显。这些发现为以后氢能源的开发利用及储存提供了条件。图1250℃真空活化的MIL-100(Fe)298K下两种气体吸附等温线2金属有机骨架的电化学性能超级电容器的研究主要集中于高性能电极材料的制备。MOFs具
作者简介：李晓林（1990—），女，山东青岛人，青岛大学化学化工与环境学院2009级本科生，主要从事材料合成方面研究。
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综述与评论
金属-有机骨架材料及其在催化反应中的应用
李庆远, 季生福*, 郝志谋
北京化工大学 化工资源有效利用国家重点实验室 北京100029
Metal-Organic Framework Materials and Their Applications in Catalysis
Li Qingyuan, Ji Shengfu, Hao Zhimou
State Key Laboratory of Chemical Resource Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China
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