金属有机框架

金属有机框架又譯-{zh-cn:金属有机骨架;zh-tw:金屬有機框架}-（，缩写：）是一类多孔高分子，结合起两门经常被分开的化学学科——无机化学和有机化学。Adeel H. Chughtai, et al. Metal–organic frameworks: versatile heterogeneous catalysts for efficient catalytic organic transformations. Chem. Soc. Rev., 2015, 44, 6804. MOF由有机配体配位的金属原子或原子簇构成一维、二维或三维的结构。所用的有机配体有时被称为“支撑体”（strut）或“连接体”（linker），例如1,4-苯二甲酸。

金属有机框架是一种潜在的多孔扩展结构，由金属离子和有机连接体构成。扩展结构是指其子单元以恒定的比例重复排列。“配位网络”是一种通过重复的配位单元，在一维方向上扩展的配位化合物，但在两个或多个独立链、环或螺旋连接体之间具有交联，或者是通过重复的配位单元在二维或三维方向上扩展的配位化合物，而MOFs就是配位网络的一种子类。包括MOFs在内的配位网络进一步属于配位聚合物，是一种重复的配位单元在一维、二维或三维方向上扩展的配位化合物。大多数文献中报道的MOFs是晶体化合物，但也有无定形MOFs，以及其他无序相。

大多数情况下，MOFs的孔隙在去除客体分子（通常是溶剂）时保持稳定，并且可重新填充其他化合物。由于这一特性，MOFs在气体存储（如氢气和二氧化碳）方面具有应用潜力，另外也可能应用于包括气体净化、气体分离、水处理，催化剂、电导固体以及超级电容器等领域。

MOFs的合成与性质构成了“网状化学”（）这一学科的主要研究方向。与MOFs不同，共价有机框架（COFs）完全由轻元素（H、B、C、N、O）构成，并具有扩展结构。


 历史 
1995年，奧馬爾·亞基通过使用基于羧酸盐的连接体制备了金属有机结构的结晶，这一突破为创造稳定且晶体化的多孔材料铺平了道路。1998年，他提出了次级建筑单元（SBUs）的概念，使用金属-羧酸盐簇作为构建具有永久孔隙性的框架的刚性建筑块，进一步推动了这一领域发展。这一创新使得精确的结构设计成为可能，并提高了机械稳定性，使MOFs能够在工业条件下保持其孔隙性。亞基还测量了这些材料的气体吸附等温线，证明了它们在气体存储和分离应用中的潜力。

1999年，开发出了首个表现出超高孔隙度的MOF——MOF-5。MOF-5由氧化锌簇和对苯二甲酸连接体构成，展现出高表面积、结构坚固和多样性等独特特性，确立了MOFs作为一种平台技术，其应用范围从气体存储和分离到催化和传感。凭借在MOFs领域的开创性工作，亞基被广泛认为是网状化学的创始人。

亞基與北川進、理查德·罗布森因在金屬有機框架材料領域的貢獻而共同獲得2025年諾貝爾化學獎。

 结构 
link=https://en.wikipedia.org/wiki/File:BasicZnAcetate.png|thumb|200x200px|SBU通常衍生自基本的醋酸锌结构，其中的醋酸盐被刚性的二羧酸和三羧酸所取代。
金属有机框架由两个主要成分组成：无机金属簇（通常被称为次级建筑单元或SBU）和一种称为连接体的有机分子。因此，MOFs通常也称为“有机-无机混合材料”（hybrid organic-inorganic materials）。有机单元通常是一价、二价、三价或四价配体。金属和连接体的选择决定了MOF的结构，从而影响其特性。例如，金属的配位偏好通过决定多少配体可以与金属结合以及结合的方向，影响孔隙的大小和形状。
+基于维数的混合材料分类无机维度0123有机维度0分子复合物杂化无机链混合无机层三维无机杂化物质1链式配位聚合物混合无机-有机层混合无机-有机三维骨架2层状配位聚合物混合无机-有机三维骨架3三维配位聚合物
有一种命名系统可描述金属有机框架的结构。MOF的子单元称为次级建筑单元（SBUs），可以通过几种结构常见的拓扑来描述。每种拓扑，也称为网络（net），被分配一个符号，由三个加粗的小写字母组成。例如，MOF-5具有“pcu”网络。

附着在SBUs上的是橋接配體。对于MOFs，典型的桥接配体是二羧酸和三羧酸。这些配体通常具有刚性的骨架，包括对苯二甲酸、联苯-4,4′-二甲酸（BPDC）以及均苯三甲酸。

常见的金属有机框架
 MOF名称  分子式  连接配体  颜色  空间群  注释    4,4'-联苯二甲酸    HKUST-1  Cu3(C9H3O6)2(H2O)3  均苯三甲酸    MIL-53(Cr)  Cr(OH){O2CC6H4CO2}  对苯二甲酸    其它三价金属的类似物，如MIL-53(Al)是已知的    对苯二甲酸       对苯二甲酸    MOF-5 Zn4O(O2CC6H4CO2)3  对苯二甲酸  白色   具有穿插结构的MOF-5命名为MOF-5-int          (Me2NH2)1.75[In(L)]1.75·(DMF)12·(H2O)10  3,3',5,5'-四(4-羧基苯基)联苯 无色  F222  脱除溶剂得到NOTT-202a NU-1000   1,3,6,8-四(4-羧基苯基)芘    PCN-14 Cu2(H2O)2(adip)·2DMF  5,5'-(9,10-蒽二基)二(1,3-苯二甲酸)    PCN-224  [Zr6O4(OH)4][TCPP]1.5  5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉    UiO-66   对苯二甲酸  白色   类似物：UiO-66(Hf)、UiO-66-NH2等  UiO-67   4,4'-联苯二甲酸   

 應用 
氣體儲存（氫氣、甲烷、二氧化碳等）、分子和離子的選擇性儲存和分離（異構體分離、對二甲苯、間二甲苯、乙苯等）、固體催化劑（氧化反應、加成反應、加氫反應等）、緩釋、隔離、運輸、奈米複合材料容器、燃料電池電解質、感測器等。 

 参见 

 配位聚合物
 羧酸类金属有机框架

 The Fascination of Crystals and Symmetry - MOFs 

参考文献


Category:配位聚合物
category:配位化学
category:有機金屬化學
category:有机化合物
Category:多孔介质