材料百态

金属有机骨架

metal-organic framework，MOF

定义：金属原子和有机桥连配体通过配位键形成的一维、二维或三维骨架。

学科：化学_无机化学_配位化学

相关名词：网络结构 多孔材料 配位聚合物 催化

图片来源：视觉中国

【延伸阅读】

金属有机骨架（MOFs）是一种由金属离子或金属团簇与桥连的有机配体通过自组装相互连接，形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料。早在20世纪90年代中期，第一类MOFs就被合成出来。它是一种有机-无机杂化材料，也称配位聚合物，既不同于无机多孔材料，也不同于一般的有机配合物。MOFs兼有无机材料的刚性和有机材料的柔性特征。

MOFs可以是一维结构，这类MOFs的结构是以线性、螺旋或带状沿着一个方向无限延伸。MOFs也可以是二维结构，在两个相互垂直的方向上延伸，形成平面或层状结构。三维结构MOFs是在三个相互垂直的方向上延伸，形成立体网络结构。MOFs还可以是有机框架聚合物，由有机配体通过共价键连接形成高分子网络结构。另外，MOFs也可以在多个方向上延伸，形成有序介孔结构。

由于MOFs具有高比表面积、高孔容、可调的孔径和功能化特性，其在气体储存、分子分离、催化、传感和药物传递等领域有广泛的应用。

1.气体的储存：MOFs特殊的孔道结构，是理想的气体存贮材料，例如，MOFs可以高效地储存氢气、天然气、二氧化碳等气体。

2.分子分离：MOFs的孔道大小和孔道表面可以控制，可以用于烷烃分离、手性分离、石油中的不同组分分离，也可以用于蛋白质和DNA等生物分子分离。

3.催化：MOFs可以作为催化剂载体，通过在MOFs的孔道中引入金属活性中心，用于催化氧化还原反应、酯化反应、光催化水分解等多种反应，具有较高的催化活性。

4.传感：MOFs可以通过其孔道中引入荧光基团或电化学活性物质，实现对特定分子的传感。利用MOFs制备的传感器具有快速响应、高灵敏度和选择性等特点，可用于检测气体、生物分子等。

5.药物输送和缓释：MOFs的多孔性质使其成为药物输送和缓释的理想载体，通过将药物负载到MOFs上，可以实现药物的高效传递和可控释放，提高药物的生物利用度和治疗效果。

（延伸阅读作者：吉林农业大学资源与环境学院 洪波教授）

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