金属有机框架(MOF)由有机配体连接的金属簇组成。虽然MOF经常在化学应用中讨论它们,但量子MOF的新兴领域探索了它们作为量子材料的潜力[1]。与传统的量子材料(其特性依赖电荷,自旋,轨道和晶格)不同,MOF引入了独特的自由度,包括分子屈曲,扭转,旋转和互穿,可以通过超分子化学化学定制。一种可能的量子效应是超导性,在二维MOF CU-BHT中已经观察到,并受其强电子相关性的控制[2]。Hubbard模型捕获的相关电子问题以其分析性棘手性而臭名昭著。一种有希望的方法涉及使用准确的可解决模型,例如Hatsugai-Kohmoto(HK)模型[3]。最近的工作表明,HK模型是打破费米液体的粒子孔对称性的最小模型,并且与Hubbard模型相同的普遍性类别[4]。这使其成为研究相关系统(包括相关超导体)的通用性能的理想框架。此步骤是在[5]中进行S波旋转单线配对的。我们将这些结果扩展到更复杂的配对对称性,以便可以考虑MOF的更精致的电子结构。
二维(2D)材料长期以来一直是材料科学的焦点,这是由于其高度可调的化学结构,均匀的孔径分布和内在的传输途径。在过去的二十年中,突破性的2D材料的出现,包括石墨烯,过渡金属二分法(TMDC),分层双氢氧化物(LDHS),金属氮化物/碳化物(MXENES),金属 - 有机框架(MOFS)和远处的有机框架(MXENES),以及赖以生成的框架(MOFS),以及赖因构架(COFS),并列出了赖因(COFS),并将其延伸 - 本期特刊旨在探索和最大化2D材料在气体捕获和分离中的潜力,以理论和基于模拟的进步进行桥接实验演示。通过促进一种系统的方法来采用2D材料来进行高效,低能的膜工艺,我们希望为其工业实施和未来创新建立全面的基础。
催化,4,5酶固定6,7等。MOF的适当性高度依赖于固有的网络拓扑,而金属节点的配置几何形状和组件有机配体的形状又强烈地占据了强烈的影响。8,9这些引人入胜的MOF网络拓扑是使用多种理性方法设计和构建的,其中10-12种采用超分子构建块(SBB)的策略是最受欢迎的策略;在这里,金属 - 有机多面体用作组成块,以组装具有较大空腔和高连接网络拓扑的MOF。13,14超植物(ST),15 - 17,它是传统无机沸石的Sio 4和Alo 4四面体建筑单元,是MOF合成中广泛使用的SBB。两个最广泛研究的介孔MOF(MIL-100和MIL-101)具有相同的MTN沸石拓扑,这是由角落共享的STS产生的,其顶点被铬圆形剂占据。15,16已知MOF中金属三聚体的存在可容纳单个或多种金属离子,具有出色的催化性能以及出色的气体吸附和分离能力。18 - 21报告的众多Zeolitic网络拓扑中,由于STS的增强基于金属三聚体,即MTN 15,16,22和B- Cristobalite网络,只有两种类型可以归类为Zeolitic MoF。17,23,24这可能是由于缺乏单晶X射线
2D金属有机框架(2D MOF)的设计利用了简单有机配体与不同的过渡金属(TM)中心的各种电子性质的组合。协调键的强大方向性质是在这些体系结构中TM核的结构稳定性和周期排列的基础。在这里,有直接而清晰的证据表明,2D MOF表现出具有混合特性和金属核中具有杂种特性和不同磁性特性的有趣的能量分散性电子带,这是由TM电子水平与有机配体之间的相互作用引起的。重要的是,提出了一种通过利用不同TMS的电子结构来有效调整2D MOF的电子结构和金属芯的磁性的方法。因此,所选TM的电离潜在特征,尤其是3D状态的相对能量位置和对称性,可用于在特定的金属有机框架中进行战略性地设计频段。这些发现不仅为2D MOF中的频带结构工程提供了理由,而且还为高级材料设计提供了有希望的机会。
有毒污染物(例如重金属和有机化合物)对人类健康产生有害影响,从而引发全球关注。1,2此外,气候变化的行星边界已经超过,并且正在对地球造成不可逆转的损害。3因此,已经引入了几种水纯化和CO 2捕获方法。4,5尽管这些技术既可靠又有效,但由于高能源需求和成本,它们是不可持续的。6因此,开发可持续和环保的技术至关重要。金属 - 有机框架(MOF)是高度多孔纳米结构,其中包括金属离子/簇和有机接头7具有特色特征,例如高孔隙率和表面积,多样性和灵活性。8这些特性使MOF能够在吸附,9气体捕获,10和分离,11以及环境修复方面具有较高的潜力。12个基于锆的MOF,UIO-66和UIO-66-NH 2具有较高的热液稳定性,13对水的应用有益。此外,UIO-66-NH 2中的氨基组允许CO 2吸附属性。14然而,直接应用粉末状MOF(例如由于脆弱和晶体结构引起的可加工性差),存在某些局限
金属有机框架(MOF)是结晶材料,具有与金属中心结合的有机连接。他们提供了一种新的,有希望的吸附剂,其特征是它们的大量表面积,多样化的高质量结构和化学稳定性。自1995年发现以来(Yaghi等,1995),已经报道了超过20,000种MOF化合物的合成(Deng等,2012; Maurin等,2017),导致它们在吸附和催化行业中广泛利用。在其中,氨基功能化的MOF,具有锆为中央体的UIO-66型,由于其酸和基础耐药性和特殊的结构稳定性,已成为重金属离子吸附的潜在候选。随着MOF的应用越来越普遍,已经探索了各种制备方法。在整个制造过程中,诸如协调环境,协调连接,金属中心离子和化学配体等因素显着影响MOF的结构(Wang等,2013)。几个反应变量,包括温度,金属离子与有机配体的摩尔比,溶剂,反应系统的pH,成分浓度和反应时间,已被确定为最终的MOF结构和特性的关键决定因素(Deng等,2015)。MOF的设计和控制比传统的多孔材料更简单,因为它们可以在受控和轻度条件下合成,从而导致具有增强表面积,渗透率,耐热性和电气特性的材料(He等,2017; Huo等,2017)。重型MOF材料在合成方法中提供多功能性,并具有重金属离子的出色吸附性能,使其在实际应用中很有价值。
混合玻璃的形成为加工块状金属有机骨架 (MOF) 提供了一种潜在途径,然而,只有少数 MOF 被证明是可熔的。对于不可熔的沸石咪唑酯骨架 ZIF-8,最近发现离子液体 (IL) 的加入可将熔化温度降低到热分解温度以下,从而能够形成 IL@ZIF-8 玻璃。本文报道了 IL 的加入对一些沸石咪唑酯骨架 (ZIF) 和其他 MOF 在加热时的焓响应的影响。对于 ZIF-62、ZIF-67、ZIF-76 和 MIL-68,金属位点的可及性和 MOF 的孔隙率决定了 IL@MOF 复合材料的可熔性。 IL 的加入使得 ZIF-76 玻璃得以形成,并显著降低了 ZIF-62 的熔化温度,但似乎无助于 ZIF-67 或 MIL-68 的熔化(在热分解之前)。尽管 IL 的热稳定性极限在控制 IL@MOF 复合材料的熔化窗口方面起着重要作用,但通过仔细选择熔化温度,可以在很大程度上避免熔化时的热分解和成分变化。IL 的加入似乎为熔化 MOF 提供了一种更通用的途径,但需要仔细适应特定的 MOF 架构。
在过去的几十年中,金属有机框架(MOF)的研究兴趣增加了。1,2 MOF是由具有多型有机配体或接头的无机建筑单元(即离子,簇或链)的组合和中心结构的自我上光性的结构,这些结构或连接器具有多型有机配体,或者是链接器,这些结构或接头是一个机构建筑单位。3最小的重复单元通常是无机节点和周围有机接头的组合,通常称为二级建筑单元(SBU)。是由于它们的结构特性,例如高孔隙率和巨大的自由体积,值高达90%,4-6,因此已经探索了MOF的几种潜在应用,包括但不限于气体吸附,7-9催化,10-13催化,10-13化学感应,14,15和水处理。16–18尽管有一些无定形MOF的例子,但19个远程顺序 - 即结晶度 - 是截至今天的绝大多数MOF中统治的结构特征。20个crys-甲甲基材料由于其已知的组成和恒定密度以及功能的均匀分布而有利。在MOF中,可以使用晶体结构来确定吸附位点的位置,21个合成后修饰的证明,22,23,并精确地鉴定了孔隙占据的物种。24通常,有两种方法用于确定MOF中的结晶度。如果合成的MOF微晶的大小<50μm,则可以使用粉末X射线衍射(PXRD)检查微晶粉末。25获得衍射图后,可以将其与已知结构的模拟模式进行比较,以确认相位纯度和MOF的整体拓扑。另外,与其他特征技术结合使用,PXRD可用于通过Rietveld改进方法获取有关新合成材料的结构信息,该方法涉及对离子在单位电池中的位置进行建模。26,27当结晶石大小>50μm时,则可以使用单晶X射线衍射(SCXRD)来获得MOF的绝对结构信息。到今天为止25,28,获得适合SCXRD的MOF Sample可能是一项艰巨的任务,因为在大多数情况下,生长和nu效率之间没有显着差异,从而导致微晶
用于选择性氢化反应的丰富金属催化剂。作为一类独特的多孔分子材料,金属 - 有机框架(MOF),[7]已被探索用于广泛的应用,包括气体存储[8]和分离[8]和[9]传感,[10],[10]以及生物医学成像和癌症治疗。[10–11] MOF特别适合通过摄取其分子可调性,通过大通道进行主动位点访问以及增强的催化剂稳定性来设计可重复使用的多孔单位固体催化剂。[12]因此,MOF催化剂可以结合均匀催化剂的分子可调性和均匀的催化位点,以及异质催化剂的稳定性,易于分离以及可重复使用,以提供有机转化的新类别可持续催化剂的新类别。[13]在某些示例中,MOF允许通过位点隔离来稳定催化活性中心,以设计基于单个金属中心的溶液无接口催化物种。[14]