徐强/庞欢Small Structures: MOF基复合框架材料

雨辰

2021-01-24

金属有机骨架（MOF）和共价有机骨架（COF）等骨架材料由于其拓扑结构，高结晶度，固有孔隙率和化学可调性，在许多方面都具有巨大的应用潜力。进一步实现单一框架材料功能化的一个先进概念是构建复合框架材料(如MOF-on-MOF，MOF-on-COF和COF-on-MOF)。不同的基于MOF的混合框架具有复杂的组合和精心设计的结构，表现出单一框架材料无法实现的优异性能。

有鉴于此，日本产业技术综合研究所的徐强教授和扬州大学庞欢教授等人，综述了基于MOF的混合框架的合成方法及其相关应用，还讨论了MOF基混合框架的机遇和挑战。

本文要点

1）近年来，MOF基混合框架的构建引起了人们的广泛关注。MOF基混合框架可以通过外延生长合成，形成核-壳型或层状结构。成功的外延生长通常依赖于两种具有良好匹配晶格的框架材料。对两个框架不匹配的单元格，表面工程在有机连接基上引入官能团（例如NH₂，COOH，OH）对于成功构建MOF基混合框架至关重要。此外，可以通过控制模块的进料比来调节基于MOF的核-壳异质结构的组成。此外，合成后修饰可用于MOF基混合框架，尤其是MOF-on-MOF结构。在这种方法中，金属离子或配体在初始MOF的外层选择性交换可以将初始MOF的一部分转化为另一个MOF，从而合成MOF - on - MOF异质结构。

2）MOF基混合框架具有不同的组成和结构，显示了组分之间的协同效应，已应用于多种应用，如催化，气体吸附和分离，以及传感。MOF基混合框架的研究仍处于起步阶段，许多挑战仍有待解决。未来的研究工作可以如下:1)不同框架晶格参数的不匹配将导致MOF复合框架材料制备的不成功。2)两种框架材料之间的异质结界面需要通过表征和理论计算(如量子化学计算)进一步研究。3)混合框架上层结构的集成对于扩展其在光电器件中的应用具有重要意义。4) MOF基不同尺寸混合框架的制造仍处于起步阶段。需要对混合框架的受控结合的生长机制有更深入的了解。5)为了实现杂种骨架材料组分间的协同效应，分子水平的交联杂交是非常重要的。6) MOF基复合框架可以与其他功能材料结合，如金属纳米颗粒、碳质材料、氧化物、聚合物等，这将极大地扩展其应用。

总之，尽管仍存在许多挑战，但近年来MOF复合材料的快速发展为这种新型功能材料的发展提供了广阔的前景。MOF基混合框架的实际应用需要持续的研究努力。

参考文献：

Yuying Shan et al. Metal–Organic Framework‐Based Hybrid Frameworks. Small Structures, 2021.

DOI: 10.1002/sstr.202000078

https://doi.org/10.1002/sstr.202000078