金屬有機框架材料研究取得系列進展

　　金屬有機框架材料(Metal-Organic Frameworks, MOFs)是一類由有機配體和無機金屬離子/金屬簇自組裝形成的新型晶態多孔材料，具有比表面積高、結構可調和孔環境可修飾等優點，在甲烷、氫氣等能源氣體存儲和二氧化碳分離等領域具有巨大的潛在應用價值。

　　近日，中國科學院青島生物能源與過程研究所儲氫及新型納孔材料團隊負責人、中科院“百人計劃”入選者趙學波研究員等在新型MOFs材料的制備與應用研究領域取得一系列重要進展，相關成果分別發表在Chemical Communication、European Journal of Inorganic Chemistry、New Journal of Chemistry、Chemistry-An Asian Journal和Dalton Transactions上。

　　為提高MOFs材料對小分子氣體的吸附性能，該團隊采用了含有路易斯堿性位點的聯吡啶二羧酸配體與鋯離子自組裝形成了帶有吡啶基路易斯堿性位點的鋯基MOFs材料。高的比表面積(2642m2/g)和豐富的路易斯堿性位點使得該MOFs材料對甲烷、氫氣、二氧化碳等氣體具有優異的吸附性能。其中，氫氣吸附量為5.8wt% (77K, 20bar)，二氧化碳吸附量為80 wt% (20℃,20bar), 甲烷的體積吸附量為180v(STP)/v(20℃,35bar)。該MOFs材料還對常用溶劑和水蒸氣都表現出很好的穩定性，熱分解溫度達到512℃。相關成果發表在最新一期的Chemical Communication上。

帶有路易斯堿性位點的鋯基MOF及吸附等溫線

　　新穎的二級結構單元(SBUs)與超分子結構單元(SBBs)作為次級結構是合成新型MOFs材料的一個重要策略。該團隊采用含有3,5-二羧酸基團和亞氨基二乙酸基團的有機配體，與過渡金屬離子(Zn2+、Co2+、Ni2+等)進行自組裝，分別構建了以金屬-羧基納米管結構為SBUs和金屬-有機多面體為SBBs的具有一維孔道和納米籠狀結構的MOFs材料。該類型材料對甲烷和二氧化碳表現出優異的吸附性能。相關研究成果發表在European Journal of Inorganic Chemistry 和New Journal of Chemistry上。

由金屬-羧基納米管二級結構單元構建的MOFs材料

由超分子結構單元構建的MOFs材料

　　該團隊還采用二羧酸配體與稀土金屬離子(Y3+、Sm3+、Eu3+、Gd3+等)構建了以金屬-羧基雙鏈結構組成的一系列同構的稀土MOFs材料，部分MOFs材料在室溫下具有較強的熒光性，且具有迄今所報道最高的熱穩定性(520~580℃)及優異的水穩定性，使其具有良好的應用前景。相關成果發表在European Journal of Inorganic Chemistry上。

一系列稀土MOF材料及熒光光譜

　　另外，采用有機多膦酸配體所構建的膦酸類MOFs材料是該領域的一個重要分支，不同的配位基團使其在自組裝過程中表現出非同尋常的拓撲結構和穩定性，由骨架的柔性所帶來的對客體分子的“呼吸效應”和對不同氣體分子的識別作用，使其在分子識別與傳感、混合氣體的分離等方面具有良好的應用前景。該團隊通過一些列柔性有機膦酸配體和聯吡啶輔助配體與Co2+、Ni2+、Al3+等金屬離子組裝，分別構建了由二維層π-π作用形成的一維通道和具有六邊形一維通道的三維MOFs材料。由π-π作用形成的MOFs材料對氣體的吸附具有呼吸效應，且具有良好的水穩定性。具有納米級六邊形一維通道的三維膦酸鋁MOF材料在目前報道中屬于首例，而且合成所采用的配體和金屬價格低廉，極大的降低了材料制備成本。相關成果發表在Chemistry-An Asian Journal和Dalton Transactions上。

由二維層間的π-π作用形成的具有一維孔道的膦酸MOF及其77K時特殊的氫氣吸附和脫附等溫線

由三膦酸配體與鋁鹽構建的膦酸鋁MOF結構圖